專利名稱：一種測量纖維性能的儀器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維品質(zhì)測量領(lǐng)域，尤其涉及對與纖維(例如棉纖維)混合的非纖維 物(例如雜質(zhì))的檢測。
背景技術(shù)：
通過對天然和人造纖維的各種不同性能進行常規(guī)評估，對纖維樣品進行分級。這 些性能包括纖維的長度、強度、顏色、含水量、伸直度、細度和非纖維含量等。例如，測量棉纖 維的性能，以提供棉花的品質(zhì)等級，這對于獲得纖維價值及其對棉紗和棉織物品質(zhì)的影響 是重要的。最初，纖維樣品的分級取決于分級人員的感覺，該分級人員通過視覺觀察纖維樣 品，并由此確定其等級。然而，由分級人員進行分級的結(jié)果不確定，且嚴重依賴個人的技術(shù) 水平。電子儀器已開始用于對諸如棉花的纖維進行分級。然而，電子儀器通常難以檢測 出棉花性能的細微變化，而分級人員則能夠做到。需要不斷改進這類儀器，以使它們例如在纖維性能的檢測方面更一致，能夠在更 短的時間內(nèi)測量更多的纖維樣品，能夠更容易、更可靠、更可重復性地檢測和識別廣泛的纖 維和非纖維特性，以及提高這類儀器的可靠性并延長其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
可采用一種測量纖維樣品性能的纖維儀器至少部分滿足上述及其他要求，該纖維 儀器包括用于放置纖維樣品的表面、用于將纖維樣品壓抵在表面上的手狀物、用于選擇性 地照明纖維樣品的具有超過一種峰值波長的照明光源(其中每種峰值波長在峰值波長的 應用強度方面獨立可控)、用于當纖維樣品被照明時捕獲其圖像的傳感器、以及至少用于控 制傳感器和照明光源的控制器。通過提供具有多種峰值波長的照明、且這些峰值波長中的每種均在照明強度方面 獨立可控，本文所述纖維儀器能夠更好地檢測出纖維樣品內(nèi)的異物以及確定纖維樣品的顏 色等級。在本發(fā)明這一方面的各個實施例中，表面至少由玻璃、石英和藍寶石之一制成。在 一些實施例中，手狀物包括多只手狀物，其中每只手狀物就施加在纖維樣品上壓抵表面的 壓力大小而言均單獨可控。在一些實施例中，照明光源包括多個照明光源。在一些實施例 中，照明的峰值波長與黃光、紅光、綠光和藍光一一對應。在一些實施例中，傳感器至少包括 照相機和電荷耦合器件之一。在一些實施例中，控制器是個人計算機。在一些實施例中，纖 維樣品是棉花。本發(fā)明另一方面描述了一種用于測量纖維樣品性能的纖維儀器，該纖維儀器包括 用于放置纖維樣品的表面、超過一只的以均勻壓力將棉花樣品壓抵在表面上的手狀物、用 于照明纖維樣品的照明光源、用于當纖維樣品被照明時捕獲其圖像的傳感器、以及用于控 制傳感器和照明光源的控制器。本發(fā)明又一方面描述了一種用于測量纖維樣品性能的方法，在該方法中將纖維樣 品放置在表面上、將纖維樣品壓抵在表面上、使用具有超過一種不同峰值波長的照明光源
4照明纖維樣品、分別控制具有超過一種峰值波長的照明光源的照明強度、以及當纖維樣品 被照明時捕獲其圖像。在本發(fā)明這一方面的各個實施例中，照明纖維樣品的步驟包括使用具有第一照明 峰值波長的第一照明光源以第一照明強度照明纖維樣品、在第一照明期間捕獲纖維樣品的 第一圖像、停止第一照明、使用具有第二照明峰值波長的第二照明光源以不同于第一照明 強度的第二照明強度照明纖維樣品、在第二照明期間捕獲纖維樣品的第二圖像、以及停止 第二照明。在一些實施例中，纖維樣品通過多個接觸點被壓抵在表面上，以平衡施加在纖維 樣品上的壓力。


通過參考附圖和詳細說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點顯而易見。為更清楚地顯示細節(jié)，這 些附圖并未按規(guī)定比例繪制，其中相同參考編號表示在一些視圖中的相同元件。圖1為本發(fā)明實施例所述的纖維儀器的功能框圖。圖2顯示本發(fā)明第一實施例所述的照明光源。圖3顯示本發(fā)明第二實施例所述的照明光源。圖4顯示本發(fā)明實施例所述的在表面上的手狀物。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖描述纖維儀器的各個實施例。圖1顯示本發(fā)明實施例所述的纖維儀器 10的功能框圖，該纖維儀器10可用于測量纖維樣品12，例如棉花數(shù)量。纖維儀器10的基 本元件包括用于放置纖維樣品12的表面14、用于將纖維樣品12壓抵在表面14上的至少一 只手狀物16、用于將手狀物16推抵在纖維樣品12上的至少一臺壓縮機34、用于從表面14 下方照明纖維樣品12的至少一個照明光源18、用于捕獲對纖維樣品12的測量結(jié)果的至少 一臺傳感器20、以及與纖維儀器10的各種元件通信的控制器22，且該控制器22可用于向 /從各種元件發(fā)送指令/接收信息，以按期望方式控制纖維儀器10，正如下文中一些實施例 所描述的。在一些實施例中，纖維儀器10很龐大，以能夠處理非常大的纖維樣品12，而在其 他實施例中纖維儀器10相當小，以便于攜帶。易于影響纖維儀器10總尺寸的元件之一是 表面14。在纖維儀器10的較大尺寸實施例中，表面14可大至幾平方英尺，而在小尺寸實施 例中，表面14可小至低于九平方英寸。因此，不同尺寸的纖維儀器10能夠容納較小或較大 的纖維樣品12，且旨在用于相對長久的安裝或便攜目的。纖維樣品12可采用各種形式。在一實施例中，纖維樣品12是被手狀物手動置于 表面14之上的棉花。在其他實施例中，纖維樣品12是流經(jīng)風管系統(tǒng)的纖維，例如經(jīng)過軋棉 機或棉紡廠的棉花，該纖維被自動捕獲且壓抵在表面14上。在一些實施例中，在分級操作 期間采集纖維樣品12。在其他實施例中，纖維樣品12是羊毛或人造纖維。壓抵有纖維樣品12的表面14允許從表面14對側(cè)照明和查看纖維樣品12，這在如 圖1所示的實施例中即從表面14的下方。然而可看出在其他實施例中，表面14可位于其 他方位，例如相對于圖1所示位置倒置或向側(cè)面。為通過表面14照明和查看纖維樣品12， 可在表面14內(nèi)以諸如網(wǎng)孔或織物的形式設(shè)開口，或?qū)⒈砻?4制成薄片，且期望波長的輻射至少部分可透過該薄片。由此，照明光線能夠透過表面14，從纖維樣品12上反射離開，并向 回透過表面14。在一些實施例中，至少對于所研究輻射峰內(nèi)的照明，表面14對于照明光線 大體上是透明的，且實際上可完全被透過，正如下文所述。例如，在一些實施例中，表面14 至少由金屬絲網(wǎng)、玻璃、石英、藍寶石之一或一些其他這類材料制成。在大多數(shù)實施例中，表 面14大體上是平的。在一些實施例中，表面14在俯視圖中呈正方形，而在其他實施例中 可根據(jù)需要具有其他形狀，例如圓形。至少一只手狀物16將纖維樣品12壓抵在表面14上。可基于一或多個標準確定 所使用的手狀物16的數(shù)量，例如表面14的大小。例如，較大的表面14最好使用大量單獨 的手狀物16將纖維樣品12壓抵在表面14上，以使施加在非均勻纖維樣品12上的壓力均 衡。具體而言，正如纖維樣品本性所表現(xiàn)的那樣，這些纖維在一些地方易于成團，而在其它 地方易于變薄，由此使較大的纖維樣品12在一些區(qū)域中存在較多的纖維，而在其他區(qū)域中 存在較少的纖維。通過在這類相對較大的表面14上提供更多的手狀物16，每只單獨的手狀 物16可對纖維樣品12內(nèi)的小山和山谷狀區(qū)域(姑且稱之)施加相似大小的壓力，而單一 的手狀物16易于將所有壓力施加到小山上，而未能對山谷施加壓力。在一些實施例中，通過提供足夠數(shù)量的手狀物16，或者提供一或多只給定大小的 手狀物16，使手狀物16的表面區(qū)域大體上與表面14的表面區(qū)域相配。在其他實施例中，手 狀物16的總表面積大于或小于表面14的表面積。例如，在一些實施例中，可通過將纖維樣 品12超出表面14的圓周邊緣進行壓縮，改善纖維儀器10的測量，而在其他實施例中，可通 過使纖維樣品12僅僅在表面14的圓周邊緣內(nèi)保持不壓縮，改善纖維儀器10的測量?，F(xiàn)參見顯示纖維儀器10俯視圖的圖4，該圖描述一實施例，其中四只手狀物16大 體上覆蓋所有表面14。如上所述，也可預期到其他實施例。再返回參見圖1，壓縮機34將手狀物16壓抵在纖維樣品12上，由此將纖維樣品 12壓抵在表面14上。每只手狀物16至少具有一臺與其相聯(lián)的壓縮機34。壓縮機34在一 些實施例中為線性缸，例如由空氣或液力驅(qū)動的缸。在其他實施例中，壓縮機34采用其他 形式，例如螺狀物或架以及小齒輪裝置。壓縮機34可按線性方式移動手狀物16，或?qū)⑹譅?物16向下轉(zhuǎn)動到纖維樣品12上。照明光源18例如在采集數(shù)據(jù)的測量期間照明纖維樣品12。在一些實施例中，照明 光源18始終照明纖維樣品12，或換言之，大體上持續(xù)發(fā)亮。在其他實施例中，只有當從纖維 樣品12捕獲測量結(jié)果時，照明光源18才照明纖維樣品12。至少一個照明光源18用于照明 纖維樣品12。在一些實施例中，照明光源18在表面14的下方周圍均衡布置，以相對均勻地 照明位于表面14上的纖維樣品12的各個部分。圖3顯示被制成環(huán)形的照明光源18，以均 勻照明纖維樣品12?，F(xiàn)參見圖2，該圖更詳細地顯示照明光源18。實施例中所述照明光源18包括多盞 燈24。照明光源18選擇性地至少具有兩種峰值波長，其中每種峰值波長在峰值波長的應用 強度方面獨立可控。可每次應用一種或同時應用可選擇的峰值波長。諸如24a的一些燈24 可提供具有第一峰值波長的照明，而諸如24b的其他燈24可提供具有第二峰值波長的照 明。在一實施例中，具有由燈24a、24b、24c和24d產(chǎn)生的四種不同的峰值波長。在其他實 施例中，通過提供四盞以上(不包括四)不同類型的燈24，或提供能夠在每盞燈內(nèi)同時或不 同時發(fā)出超過一種峰值波長的燈24，可具有四種以上(不包括四)的峰值波長。
例如，峰值波長通?？膳c黃色、紅色、藍色和綠色的可見光輻射一一對應。在其他 實施例中可使用其他峰值波長。在其他實施例中，峰值波長在某種程度上相互重迭。在一 些實施例中，如上所述，由不同的燈24提供這些不同的峰值波長。在其他實施例中，由相同 的燈24提供這些不同的峰值波長，即按某種方式操作這些燈，以根據(jù)燈24的操作方式在不 同時間產(chǎn)生這些不同的峰值波長。通過以某種方式配置燈24，可由不同峰值波長的強度單獨而又獨立地調(diào)節(jié)給定峰 值波長的強度。因此，纖維樣品12在第一峰值波長的照明可采用第一強度，而纖維樣品12 在第二峰值波長的第二照明可采用第二強度，其中第一強度和第二強度不是相同的強度， 且可單獨而又獨立地調(diào)控第一強度和第二強度。然而，可根據(jù)需要同時或連續(xù)進行第一照 明和第二照明。在一些實施例中，同時使用超過一種的不同峰值波長照明纖維樣品12，且在同時 照明期間從纖維樣品12收集一或多個測量結(jié)果。在其他實施例中，一次只使用一種不同峰 值波長照明纖維樣品12，且在單獨照明期間從纖維樣品12收集單獨或獨立的測量結(jié)果。 在一些實施例中，在單一照明光源18內(nèi)具有多組不同的燈24a-d。再次參見圖1，傳感器20可用于捕獲纖維樣品12的測量結(jié)果，例如當使用照明光 源18照明纖維樣品12時。在一些實施例中，傳感器20是一種圖像捕獲裝置，例如使用膠 卷的照相機或電荷耦合裝置。在一些實施例中，傳感器20具有的視場足以捕獲纖維樣品 12被壓抵在表面14上時纖維樣品12整個表面區(qū)域的測量結(jié)果。在一些實施例中，傳感器 20具有的視場可在傳感器20中使用相同數(shù)量的像素時通過諸如縮放功能被縮小為更小的 表面區(qū)域(由此提高分辨率)，且可將該視場從纖維樣品12表面區(qū)域的一部分移至另一部 分。纖維儀器10的運行是在控制器22的控制下進行的?？刂破?2優(yōu)選例如由操作 員通過諸如鍵盤或觸感屏幕可編程，或例如通過網(wǎng)絡(luò)連接可遠程接收程序。在一些實施例 中，控制器22不僅控制纖維儀器10的各種元件的運行，使它們協(xié)同工作，且從纖維儀器10 的各種元件接收回數(shù)據(jù)，使控制器22獲悉各種元件的狀況和運行。例如，在一些實施例中， 控制器22從表面14或手狀物16或壓縮機34接收回壓力信息。在一些實施例中，控制器 22從傳感器20接收回數(shù)據(jù)流。在一些實施例中，控制器22例如在諸如屏幕的顯示裝置上 可顯示有關(guān)纖維儀器10運行的信息、以及由傳感器20捕獲的測量信息。在一些實施例中， 控制器22是個人計算機，而在其他實施例中，控制器22是嵌入式控制器。在一實施例中，將纖維樣品12裝載到表面14上，并使用壓縮機34將手狀物16壓 抵在纖維樣品12上，從而將纖維樣品12壓抵在表面14上，由此運行纖維儀器10。當對纖 維樣品12施加期望大小的壓抵壓力時，照明器18的燈24被通電，從而由具有峰值波長之 一的輻射以期望強度照明纖維樣品12。隨后傳感器20捕獲纖維樣品12的圖像，且該圖像 例如由控制器22儲存。隨后由具有不同峰值波長的輻射再次以該峰值波長要求的強度照 明纖維樣品12，該強度可以是不同的強度。傳感器20再次捕獲纖維樣品12的圖像，且該圖 像被儲存在控制器22中?？筛鶕?jù)需要重復以下過程，即使用具有不同峰值波長之一的光、 以單獨而又獨立可控的強度照明纖維樣品12，且在每個照明周期中由傳感器20捕獲圖像。在一些實施例中，在給定時間使用超過一種的峰值波長照明纖維樣品12，且捕獲 圖像。在一些實施例中，例如由控制器22通過數(shù)學方式將在每個獨立的照明周期期間被捕
7獲的圖像合并為單一的合成圖像。在其他實施例中，對在每個獨立的照明周期期間被捕獲 的不同圖像進行獨立分析。一旦由傳感器20捕獲了所需圖像并由控制器22儲存，控制器22或一些其他處理 裝置即可隨后對一或多個圖像進行分析，以確定纖維樣品12的某些性能。例如，以具有不 同峰值波長的輻射照明纖維樣品12，且這些峰值波長的強度單獨而又獨立可控，在此期間 捕獲圖像并對這些圖像進行分析，由此已確定很容易檢測出混入纖維樣品12中的異物，該 “異物”是指由不同于纖維樣品12的材料形成的物質(zhì)。例如，在棉紡過程中，異物典型地被稱為雜質(zhì)，且包括諸如樹皮、樹葉、棍/棒、外 殼、毛發(fā)(人類和其他動物)、塑料(例如垃圾袋和其他塑料制品)、玻璃的材料以及其他可 隨棉纖維夾帶的有機材料和無機材料。通過使用不同波長以不同強度捕獲棉花樣品12的 圖像，更易于將雜質(zhì)與棉纖維區(qū)分開、以及進行棉花樣品12的等級測量。因此，本文所述纖維儀器10由于其測量能力提高，可用于棉花的等級測量，例如 雜質(zhì)測量或顏色測量。在一些實施例中，可在表面14上同時裝載有不同纖維樣品12的情況下使用纖維 儀器10，且傳感器20可用于捕獲那些不同樣品12的單獨圖像。例如，不同纖維樣品12可 被裝載在不同的手狀物16下。在一些實施例中，傳感器20捕獲被壓抵在表面14上的共同 纖維樣品12的分離圖像，其中這些分離圖像與表面14的不同象限或其他分區(qū)相關(guān)，且這些 不同部分或者由不同的波長照明，或者以不同的強度照明，或者由不同的壓力壓縮?？赏ㄟ^ 控制器22對所有這類工作參數(shù)的排列進行編程。已為例證和說明而在前文中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但這些實施例并非詳 盡，也并未將本發(fā)明局限于與所公開的內(nèi)容完全相同的形式。人們有可能根據(jù)上述內(nèi)容做 出顯而易見的修正或更改。對實施例的選擇和說明旨在設(shè)法提供對本發(fā)明的原理及其實 際應用的最佳例證，并由此使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠利用適合于預期特別用途的本發(fā)明的各 種實施例及其修正。當對這些修正和更改進行公平、合法和公正的解釋時，它們均在如附加 權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種測量纖維樣品性能的纖維儀器，包括用于放置所述纖維樣品的表面；用于將所述纖維樣品壓抵在所述表面上的手狀物；用于選擇性地照明所述纖維樣品的具有超過一種不同峰值波長的照明光源(其中每種所述峰值波長在所述峰值波長的應用強度方面獨立可控)；用于當所述纖維樣品被照明時捕獲其圖像的傳感器；以及用于至少控制所述傳感器和所述照明光源的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述表面構(gòu)成至少包括玻璃、石英和藍寶石之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述手狀物包括多只手狀物，這些手狀物中 的每只手狀物就施加在所述纖維樣品壓抵表面的壓力大小而言均單獨可控。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述照明光源包括多個照明光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述峰值波長與黃光、紅光、綠光和藍光一一 對應。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述傳感器至少包括照相機和電荷耦合器件之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述控制器包括個人計算機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述纖維樣品包括棉花。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中至少在軋棉、分級和縮絨之一的期間測量所 述纖維樣品的所述性能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述纖維樣品的所述測量性能包括檢測所 述纖維樣品中的雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述纖維樣品的所述測量性能包括檢測在 所述纖維樣品中的至少樹皮、草、人類毛發(fā)、塑料、樹葉、棍/棒、以及外殼之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維儀器，其中所述纖維樣品的所述測量性能包括檢測所 述纖維樣品中的所有非纖維材料。
13.—種測量纖維樣品性能的方法，該方法包括以下步驟 將所述纖維樣品與表面相抵放置；將所述纖維樣品壓抵在所述表面上；使用具有超過一種不同峰值波長的照明光源照明所述纖維樣品； 分別控制所述具有超過一種峰值波長的照明光源的所述照明強度；以及 當所述纖維樣品被照明時捕獲其圖像。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中照明所述纖維樣品的所述步驟還包括使用具有第一所述照明峰值波長的第一照明光源以第一照明強度照明所述纖維樣Pm ；在所述第一照明期間捕獲所述纖維樣品的第一圖像； 停止所述第一照明；使用具有第二所述照明峰值波長的第二照明光源以不同于所述第一照明強度的第二 照明強度照明所述纖維樣品；在所述第二照明期間捕獲所述纖維樣品的第二圖像；以及 停止所述第二照明。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，所述纖維樣品通過多個接觸點被壓抵在所述表面上， 以平衡施加在所述纖維樣品上的壓力。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括對所述纖維樣品的所述圖像進行分析的步驟， 以確定所述纖維樣品的性能。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中至少在軋棉、分級和縮絨之一期間測量所述纖維 樣品的所述性能。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述纖維樣品的所述性能包括檢測所述纖維樣品 中的雜質(zhì)。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述纖維樣品的所述性能包括檢測在所述纖維樣 品中的至少樹皮、草、人類毛發(fā)、塑料、樹葉、棍/棒、以及外殼之一。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述纖維樣品的所述性能包括檢測所述纖維樣品 中的所有非纖維材料。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述表面構(gòu)成包括至少是玻璃、石英和藍寶石之ο
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其中由多只手狀物將所述纖維樣品壓抵在所述表面 上，且這些手狀物中的每只手狀物就施加在所述纖維樣品上壓抵所述表面的壓力大小而言 均單獨可控。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述照明光源的超過一種的不同峰值波長源于多 個照明光源。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述照明光源的超過一種的不同峰值波長源于單 個照明光源。
25.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述峰值波長與黃光、紅光、綠光和藍光一一對應。
26.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述纖維樣品的所述圖像至少是由照相機和電荷 耦合器件之一捕獲的。
27.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述方法的所述步驟是由個人計算機控制的。
28.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述纖維樣品包括棉花。
全文摘要
本發(fā)明公開一種測量纖維樣品性能的纖維儀器，該纖維儀器包括用于放置纖維樣品的表面、用于將纖維樣品壓抵在表面上的手狀物、用于選擇性地照明纖維樣品的具有超過一種峰值波長的照明光源(其中每種峰值波長在峰值波長的應用強度方面獨立可控)、用于當纖維樣品被照明時捕獲其圖像的傳感器、以及至少用于控制傳感器和照明光源的控制器。通過提供具有多種峰值波長的照明、且這些峰值波長中的每種均在照明強度方面獨立可控，本文所述纖維儀器能夠更好地檢測出纖維樣品內(nèi)的異物以及確定纖維樣品的顏色等級。
文檔編號G01N21/88GK101936914SQ20101022021
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者和森·M·古拉其, 普雷斯頓·S·巴克斯特, 由·T·儲, 邁克爾·E·高文 申請人:烏斯特技術(shù)股份公司