CN208013080U - 一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，包括偏振相机、照明机构、起偏器、背景板、图像采集处理***，所述图像采集处理***与偏振相机相连接，所述照明机构经过起偏器起偏，使待检测纤维的照明环境为偏振光照明环境，所述背景板位于照明机构的一端，所述偏振相机位于照明机构的另一端，并对待检测纤维进行全反射偏振态成像。该装置能够应用在纺纱厂内异性纤维分检设备内，用于检测纺纱原料内的丙纶丝、塑料和地膜等、与棉花颜色接近的异类物质。解决了利用可见光和紫外光不能区分白色和透明类塑料物质的缺陷。

Description

一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置

技术领域

本实用新型涉及一种纺织装置，尤其是涉及一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置。

背景技术

在棉纱的生产过程中，通常采用异性纤维分检机区分棉花纤维和其他与棉花纤维颜色相差较大的的异性纤维，而与棉花颜色相近的异性纤维难以区分(如白色丙纶丝、塑料异性纤维等)，现有的异性纤维分检机通过使用彩色CCD采集可见光谱下图像，利用色彩区分不同棉花纤维和异性纤维，这种检测方式只能识别彩色物质，对透明和白色的杂质检出不能满足生产需求。因此，有必要提供一种新的检测装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够精确区分棉花纤维和塑料类异性纤维的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下所述：

一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，包括偏振相机、照明机构、起偏器、背景板、图像采集处理***，所述图像采集处理***与偏振相机相连接，所述照明机构经过起偏器起偏，使待检测纤维的照明环境为偏振光照明环境，所述背景板位于照明机构的一端，所述偏振相机位于照明机构的另一端，并对待检测纤维进行全反射偏振态成像。

所述照明机构采用白光LED光源，所述白光LED光源由白光LED灯管提供；所述白光LED灯管前设置有起偏器，所述起偏器采用的0度起偏，用以实现线偏振光照明。

所述白光LED光源设置在待检测纤维的两侧，靠近偏振相机一侧的白光LED灯管为6-8根，呈弧形排布进行主要照明作用的照射；靠近背景板一侧采用两根白光LED灯管透射补光。

所述背景板前设置有一根白光LED灯管，用于调节背景亮度和待检测纤维的亮度对比，满足检测使用环境要求。

所述白光LED光源在待检测纤维的两侧对称排放，正面和反面同时检测，采用10-14根白光LED灯管。

所述偏振相机采用Stokes矢量偏振相机，所述Stokes矢量偏振相机机构采用三线或者四线线阵相机，在每个光电传感器前镀偏振膜，采用0度、 45度、90度三个角度检偏来拍摄物体的偏振图像。

所述Stokes矢量偏振相机设置有灰度光电传感器。

所述偏振相机采用全反射偏振相机，采用全反射棱镜，对物体进行全反射偏振态成像，所述全反射偏振相机内设置有S偏振探测传感器和P偏振探测传感器。

所述偏振相机采用全反射偏振相机，采用全反射棱镜，对物体进行全反射偏振态成像，所述全反射偏振相机采用R、G、B其中某一个颜色分解成两个偏振态的偏振相机。

所述传感器采用线阵光电传感器或面阵光电传感器。

与现有技术相比，本实用新型基于全反射原理偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置的有益效果在于：本实用新型能够很精确区分出棉花纤维和与棉花纤维颜色相近的异性纤维，提高生产效率，弥补现有可见光波段和紫外波段下检出不足。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是图1中全反射偏振相机的第一种结构示意图；

图3是图1中全反射偏振相机的第二种结构示意图；

图4是本实用新型实施例2的结构示意图；

图5是图4中Stokes矢量偏振相机的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

如图1所示，本实用新型提供一种基于全反射原理偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，包括：用于给待检测纤维7提供照明的照明机构2，用于照明机构光源偏振的起偏器结构3，以及用于全反射偏振态检测的全反射偏振相机1，图像采集处理***5与偏振相机1相连接。所述的全反射偏振相机1，采用棱镜实现全反射偏振成像。

在本实施例中，所述照明机构2采用组合排布，包括主要前侧照明6-8根白光LED灯管，采用弧形排布，保证照明环境均匀，并分成上下两组，中间存在空隙6，所述全反射偏振相机1从空隙6中进行图像获取。在待检测纤维7 另一侧采用2根透射白光LED灯管21作为补光光源。所述照明机构2需要被起偏器3起偏，提供线偏振光照明环境，每一个起偏器处在照明灯管组前侧，保证照射到待检测纤维7上的光谱为线偏振光。所述起偏器3采用0度起偏，提供线偏振光照明。

进一步的，所述照明机构2还包括一根调节背景板4亮度的光源22，用于调节背景亮度和待检测纤维的亮度对比，满足检测使用环境要求。

使用时，所述白光LED灯管照射的光线被起偏器起偏后，形成线偏振光照明，照射在待检测纤维7上，通过全反射偏振相机1对物体成像，排除物体的全反射下偏振态图像。

由于光是电磁波，根据电磁波的矢量特性，将振动矢量分解为垂直分量S 分量和水平分量p分量，光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。我们称这种光线为部分偏振光，部分偏振光是有程度的。

对于自然光，P分量和S分量都存在，而对于线偏振光只有一个震动方向，即只有S分量，没有P分量。由于线偏振光在垂直入射时，只有垂直入射面的 S分量，没有平行入射面的P分量，而自然光S分量和P分量都存在，根据该原理可以很好的检测区分出反射光的偏振态。

根据以上原理，在检测棉花纤维和带光泽异纤时，只需要使用偏振光照射，由于棉花是漫反射体，偏振光经过漫反射后成为自然光；而地膜、白色丙纶丝等表面光滑的物体或带光泽的物体在经过镜面反射和透射、双折射等，改变了入射光的偏振态，从而改变了S分量和P分量的大小，根据物体表面反射光的偏振态，就能很好的区分出棉花纤维和异纤。

根据以上原理，使用已知偏振态(可以是线偏、圆偏等)的可控光源2(可以是LED、荧光灯管、现行LED光源都可以)照射被检测场景，入射光被待检测物体反射，如图2所示，相机1通过镜头或镜组11获取有物体反射回的光线，并通过相机内的二分镜或棱镜组10将其分解为两个偏振态，分别是s偏振光和p偏振光，所述光矢量(电场强度矢量)中的s偏振光的振动方向垂直于入射面；光矢量中的p偏振光的振动方向平行于入射面；入射面是界面法线和入射光线的波矢方向组成的平面，相机同步获取s与p偏振态的图像，分别到光电传感器8和9上，对应的是光电传感器Ys与Yp，光电传感器可以是线阵或者面阵，从而获取被检测物体的偏振图像。而图像采集处理***5，将通过相机获取的图像进行处理，并将处理结果通知使用该装置的执行机构或者互联结构。

图2中，全反射偏振相机可以是由s与p两个偏振态组成的相机，两个光电传感器分解两个偏振态，Y＝Ys+Yp。完成可见光与偏振光检测原理工作一体实现。

图3中，全反射偏振相机除了是由s与p两个偏振态组成的相机，也可以通过R、G、B其中某一个颜色分解两个偏振态，例如可以使用其中一个颜色通道G传感器(也可以是R、B)获取s与p两个偏振态为Gs与Gp，这样可以通过G＝Gs+Gp，再与另外两个颜色通道R、B组成RGB表示的图像。完成可见光与偏振光检测原理工作一体实现。

其中，所述R通道传感器20、Gs通道传感器21、Gp通道传感器22、B 通道传感器23都通过棱镜组10将信号传到镜头或镜组11中。

所述偏振相机机构由s与p两个偏振态组成的相机，是采用二个光电传感器的相机，其内部光电传感器通过光学分光棱镜，使物体同一位置反射回的光学，沿着同一光轴，反射到相应的光电传感器。

采用R、G、B三通道传感器的偏振相机，所述偏振相机机构中R、G、B 三色传感器与p偏振态与s偏振态结合使用。由其中的一个颜色通道，G＝Gp+Gs，获取G通道数据，同时获取被检测物体的R、G、B与s偏振态与p偏振态。

或者使用R＝Rp+Rs，获取R通道数据，同时获取被检测物体的R、G、B 与s偏振态与p偏振态。

或者使用B＝Bp+Bs，获取B通道数据，同时获取被检测物体的R、G、B 与s偏振态与p偏振态。

所述偏振相机机构采用2个或者多个光电传感器的相机，光电传感器平行排布，构成多线相机。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的实施例2中，如图4所示，本实用新型提供一种基于Stokes 公式偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，包括：用于给待检测纤维提供照明的照明机构2，用于光学成像的多角度偏振相机机构1。所述照明机构2 采用12根白光LED灯管，采用左右对称排布，左侧6根LED灯管上下组合排布，在LED灯管前端安装有起偏器3，保证光源出射光为线偏振光，提供线偏振光照明环境。

在光强与光谱中，光的偏振态载有许多有用信息。Stokes公式解释并描述了部分或全部偏振态。Stokes公式中Stokes参数，即偏振角度(线偏或者圆偏)、偏振度、可以根据公式设定或获取，特殊的可以采用0度、45度、90度等三个角度检偏来拍摄物体的偏振图像(其他满足Stokes公式的角度可以选用)，如图5所示，并采用0度相机30、45度相机31、90度相机32，利用Stokes公式计算从棉花中区分待检物质。

使用中，所述照明机构2采用12根白光LED灯管对称排布，灯管数量根据应用可以调整，采用0度偏振膜起偏器3，安装在光源的前侧起偏，提供偏振光照明环境。

优选的，所述多角度偏振相机机构，能够拍摄同一物体在0度、45度、90 度检偏的偏振图像，通过计算机控制***根据斯托克斯原理计算出物体的偏振态。

使用已知偏振态(可以是线偏、圆偏等)的可控光源2(可以是LED、荧光灯管、现行LED光源都可以)照射被检测场景，入射光被待检测物体反射，相机1通过镜头或镜组11获取有物体反射回的光线，并通过相机内的二分镜或棱镜组10将其分解为多个偏振角度(例如0度、45度、90度，根据Stokes公式中选择偏振角度同数量的光电传感器接收，可以是线阵或者面阵光电传感器，其表面镀有相应角度的偏振膜)，其中光电传感器33可以选择加装，获取被测物体的正常亮度图像。图像采集处理***5将通过相机获取的图像进行处理，并将处理结果通知使用该装置的执行机构或者互联结构。

与现有技术相比，本实用新型基于Stokes公式偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置的有益效果在于：本实用新型能够很精确区分出棉花纤维和与棉花纤维颜色相近的异性纤维，提高生产效率。

实施例的结构示意图中，其相机内部光电传感器通过光学棱镜组保证多个传感器采集的同一位置处的反射光，由同一光轴成像。也可以是其相机内部光电传感器平行放置，例如可以是多线的线阵相机。

在本实施例2中，多角度偏振相机采用4线黑白相机，在其中三条传感器上镀膜，分别镀0度、45度、90度偏振膜检偏，来获取物体各个角度下的偏振图像。其中多角度偏振相机也可以采用3个或以上面阵相机组合，每个相机前增加0度、45度、90度检偏器检偏，通过图像融合技术进行标定，获取同一目标下不同角度下偏振图像。

光波从介质表面反射或透射时，其偏振态可能发生变化，偏振状态的改变与入射光的状态、介质表面状态有关。不同物体或同种物体的不同状态(粗糙度、空隙度、含水量)可能产生不同的偏振状态。使用斯托克斯矢量描述光的强度和偏振态，利用斯托克斯矢量方程可以计算出物体表面反射光的偏振态。

本实用新型解决了利用可见光和紫外光不能区分白色和透明类塑料物质的缺陷，利用偏振检测原理，采用全反射偏振相机或者斯托克矢量偏振相机，利用偏振光照明，针对棉花是漫反射体，而塑料类物质会有镜面反射和全反射具有不同偏振态，提取目标物的偏振态成像，来实现塑料类异性纤维的剔除。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，包括偏振相机、照明机构、起偏器、背景板、图像采集处理***，所述图像采集处理***与偏振相机相连接，所述照明机构经过起偏器起偏，使待检测纤维的照明环境为偏振光照明环境，所述背景板位于照明机构的一端，所述偏振相机位于照明机构的另一端，并对待检测纤维进行全反射偏振态成像。

2.根据权利要求1所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述照明机构采用白光LED光源，所述白光LED光源由白光LED灯管提供；所述白光LED灯管前设置有起偏器，所述起偏器采用的0度起偏，用以实现线偏振光照明。

3.根据权利要求2所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述白光LED光源设置在待检测纤维的两侧，靠近偏振相机一侧的白光LED灯管为6-8根，呈弧形排布进行主要照明作用的照射；靠近背景板一侧采用两根白光LED灯管透射补光。

4.根据权利要求3所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述背景板前设置有一根白光LED灯管，用于调节背景亮度和待检测纤维的亮度对比，满足检测使用环境要求。

5.根据权利要求2所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述白光LED光源在待检测纤维的两侧对称排放，正面和反面同时检测，采用10-14根白光LED灯管。

6.根据权利要求5所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述偏振相机采用Stokes矢量偏振相机，所述Stokes矢量偏振相机机构采用三线或者四线线阵相机，在每个光电传感器前镀偏振膜，采用0度、45度、90度三个角度检偏来拍摄物体的偏振图像。

7.根据权利要求6所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述Stokes矢量偏振相机设置有灰度光电传感器。

8.根据权利要求3所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述偏振相机采用全反射偏振相机，采用全反射棱镜，对物体进行全反射偏振态成像，所述全反射偏振相机内设置有S偏振探测传感器和P偏振探测传感器。

9.根据权利要求3所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述偏振相机采用全反射偏振相机，采用全反射棱镜，对物体进行全反射偏振态成像，所述全反射偏振相机采用R、G、B其中某一个颜色分解成两个偏振态的偏振相机。

10.根据权利要求6所述的基于偏振态检测技术检测塑料类异性纤维装置，其特征在于，所述传感器采用线阵光电传感器或面阵光电传感器。