CN101809210B - 一种用于测量梳棉机给料结构上棉卷重量和厚度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于测量移动棉卷(5)厚度或质量的装置(10)，所述装置包括一个固定刚性给棉平板(4)用于引导棉卷(5)。测量间隙(8)由给棉平板(4)和给棉辊(1)限定，棉卷(5)在测量间隙(8)内被压缩，包括至少两个沿给棉平板(4)宽度方向上不同地点(y)设置的传感器，其设置在给棉平板(4)上并相互独立，而且每个触角(7)与至少一个几乎无位移力传感器(19)连接产生的电信号，其用于测量触角(7)位置上棉卷(5)的质量和厚度。该装置(10)具有较高的测量分辨力和测量精度，较高的动态性能和较短的测量长度。它可用于有开环控制系统的梳棉机的条纱整理。

Description

一种用于测量梳棉机给料结构上棉卷重量和厚度的方法和装置

所属技术区域

本发明用于纺纱准备领域，特别是应用于开环控制的梳棉机的条纱整理领域。如独立权利要求前序部分所述，其涉及测量移动棉卷的质量或厚度的装置和方法。

背景技术

进行纺纱准备时，棉纤维在打开和清洁之后混合成绒状，填料或一般的纤维素，这些在下文都统一定义为棉卷。在梳棉机中棉卷所包含的棉绒将被分离出来，直至形成纵向排列的单个纤维和纤维束。所述从纱线中获得的连续的棉条在后续的工艺中被纺。为了获得高品质的纱线，棉卷必须尽可能均匀地喂入梳棉机，即单位时间内的喂入的棉卷质量恒定。对于这一点，众所周知需要不断测量棉卷质量或棉卷厚度，并通过该测量信号使用开环控制系统控制喂入棉卷的速度。

目前，被广泛使用的通用装置包括含有两个位移传感器的辊测量系统。梳棉机的给棉辊作为测量棉卷厚度的入口。喂入的棉卷被引入到给棉辊和给棉平板之间。给棉辊延至给棉平板的整个宽度，并且其两端悬挂可活动。它通过自身重量施加给给棉平板上的棉卷一个压力，并且可以通过悬挂装置上的弹簧增加这个压力。棉卷厚度的变化引起给棉辊相对给棉平板的距离和倾斜的变化。这些变化由两个位移传感器测量，其分别安装在给棉辊的悬挂端。理论上讲，棉卷质量正比于棉卷厚度。两个位移传感器的信号用于控制给棉速度，从而形成一个开环控制系统。然而这种装置有很多缺点。在整个宽度上棉卷的测量准确率低，其原因在于刚性辊：在辊中部的一个厚点可能导致在整个宽度上棉卷的信号变大。此外，因为给棉辊的大质量使得测量非常缓慢。测量区域没有被明确界定，并在运行方向有一个相当大的长度，因此棉卷厚度的短期波动无法被检测到，并且控制不足。其他干扰因素，例如给棉辊的链条驱动系统，也会给测量带来进一步损害。

为了改善测量结果，EP-0’467’117A1提出将几个测量辊沿辊宽度排列。每个测量辊包括电子测量装置用于检测测量辊各自的位置。棉卷的宽度被分解成若干份，其每一份的厚度单独测量。然而这一结构复杂且昂贵。在这个解决方案中测量区域也没有明确界定，并且其具有较大的长度。

WO-97/36031A1基于EP-0’467’117A1的启示进行了简化，这样，所有测量辊信号都通过如电缆这样的机械传输部件整合，并提供给一个单一的共同位移测量系统。由此获得的信号对应于棉卷平均厚度。这种装置还是具有复杂的机械结构，容易出现故障。

US-4,785,505A披露一个通用的装置，其中给棉辊设置为固定，给棉平板的部分区域作为测量棉卷厚度的部件。所述部分区域呈长条状设置，沿给棉平板的整个宽度延伸。所述测量长条可以运动，其两个端部悬挂。这类似于悬挂的可运动给料辊装置。棉卷厚度的变化引起给棉辊相对测量长条的距离和倾斜的变化。这些变化由位移传感器进行测量。同上所述，其有类似的低测量分辨率和高惯性的缺点。

这些缺点可以由US4,881,415A部分解决。如其所述，有若干个彼此相邻的测量舌，其可以从相对和背离给棉辊的方向彼此独立旋转。上述测量舌的旋转运动被一个位移传感器检测到。该装置的缺点是，相邻的两个测量舌之间的偏差会产生一个间隙导致棉卷如棉花纤维和棉绒的部分被夹住。随着时间的推移，这将导致污垢的积累，会损害装置的正常运作。在消除故障进行清理时需要装置停产。

据US-4,817,247A所述，给棉平板包括有开口的测量元件，这些测量元件彼此相邻。每个测量部件提供了一个可移动的触角部件，其一部分与一个位移传感器连接。这种装置同样有积聚污垢的缺点，使得棉绒堵塞开口，并阻止触角移动。

发明内容

本发明提供了一种测量棉卷质量的装置和方法，其可以避免上述缺点。特别是可以避免棉卷物质积聚污垢被卡住。此外，本发明可以在整个棉卷宽度上提高测量的灵敏度，降低惯性，明确简短的界定测量区域并且能够提供更有效的监控。

本发明所述的装置和方法由独立权利要求确定。优选实施方式体现在从属权利要求中。

本发明基于这样一个构思，即使用几乎无位移的力传感器测量移动棉卷的质量或厚度。“几乎无位移”在本发明是指：一个连接传感器的触角，它与棉卷机械接触，其接触高度与压缩棉卷的测量间隙的高度相比很小。该接触高度最好少于测量间隙高度的十分之一。在给棉平板上没有凹槽，因此不会卡住棉卷材料。触角平面最好与给棉平板引导面齐平。

因此，本发明所述测量移动棉卷质量或厚度的装置，包括一个用于接受棉卷的测量间隙，和在测量间隙内部区域设置的扫描装置，其与棉卷机械接触，其包括至少一个测量棉卷的质量或厚度并输出电信号的力传感器。

在较佳实施例中，本发明所述装置包括一个固定给棉平板，其带有引导棉卷的引导平面，测量间隙在给棉平板宽度方向上延伸，给棉平板至少在测量间隙的区域是刚性的，扫描装置包括至少两个沿给棉平板宽度方向上不同地点设置的触角，其设置在给棉平板上并相互独立，而且每个触角与至少一个力传感器连接产生电信号，其用于测量触角位置上棉卷的质量和厚度。其优点在于，为本发明所述装置提供了引导机构，帮助整个棉卷材料通过触角而避免死点。

本发明所述的装置最好用于有开环控制系统的梳棉机的条纱整理。例如，其输出信号可以用于控制给棉速度。

本发明还提供了一种测量移动棉卷质量或厚度的机械扫描方法。由棉卷产生的力以一种几乎无位移的方式扫描。所述扫描产生至少一个表征棉卷质量或厚度的电子信号。

优选的，其中棉卷提供到一个沿棉卷宽度方向扩展的测量间隙，所述扫描发生在测量间隙的区域，棉卷沿其宽度有至少在两个不同的点被扫描，不同的点在扫描过程是彼此相互独立的，所述扫描过程发生在刚性基础的触角上，在各个扫描过程产生一个电子信号表征各个点的棉卷的厚度或质量。

至少一个电子信号可用于控制棉卷给棉速度。可以通过至少一个电信号得到棉卷的特征，如在宽度和/或纵向(运动方向)上棉卷的均匀程度。

使用几乎无位移的力传感器测量移动棉卷的质量或厚度乍一看可能会有些缺点，因为传统的力传感器的信号非线性。一个力传感器输出信号通常是棉卷厚度的幂函数(如二次函数)。所述的信号特征可以在随后的数字信号处理步骤以计算的方式实现线性。为了实现线性目的，一些特征需要被利用，例如各个传感器的类型，或每个力传感器可被记录的特性。这些特征被以例如表格的方式存储起来，最好是存储在本装置的评估单元或当地传感器评估单元。

本发明相比于公知技术有以下优点：

·因为使用了无位移力传感器进行扫描，用于引导棉卷的引导平面保持平整。没有会导致棉卷材料被卡住的槽或突起。

·因为沿整个棉卷宽度多次测量使得测量分辨率和测量精度大大提高。

·几乎无摩擦的测量装置没有测量滞后，提高了测量精度。

·测量装置不再受给棉辊驱动的影响。

·可移动部分质量引起的惯性大幅变小加强了测量装置的动力。

·因为测量部分长度较短，例如在传感器纵向方向仅有12毫米长，棉卷厚度的更短波动可以被检测到。这样，可以显著改善开环控制系统的调节作用。

·与调整的启动位置相关的测量点或测量位置被明确地界定。可以精确地为开环控制系统的最优行为设置调整参数。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术细节

图1显示了本发明第一实施例所述装置(a)侧向原理图，(b)沿Ib-Ib方向的俯视图，及(c)沿Ic-Ic方向的前视图。

图2显示了本发明所述装置的扫描装置(a)纵向剖面图，(b)俯视图，(c)剖视俯视图和(d)横向剖面图。

图3显示了图2所示扫描单元安装状态的剖面图。

附图标记说明

1给棉辊

2给棉辊轴

3刺辊

4给棉平板

5棉卷

6给棉平板上的开口

7，27触角

8测量间隙

10装置

11死点

16支撑梁

17传感器输出线

18导引部件

19，29力传感器

20扫描单元

21传感器外壳

22密封环

23压力传动元件

24传感器舌

25传感器基板

26传感器紧固螺丝

28应变传感器

31输出线

32本地传感器评估电路

33电路紧固螺丝

34传感器安装连接插头

35传感器外壳底部开口

具体实施方式

图1显示了发明所述装置10的优选实施例。该装置10用于测量沿x纵向的方向运动的呈网状或棉卷状的棉卷5的质量或厚度。它通常位于梳棉机的送料部分，其中给棉辊1和刺辊3显示了出来。(给棉辊1在图1(b)视图中以透视的方式显示，以清楚的显示位于下方的部件)。装置10包括用来引导棉卷5的固定刚性给棉平板4。给棉辊1在驱动下旋转将棉卷5输送给梳棉机。给棉辊1延伸到给棉平板4整个宽度(y方向)上。给棉辊1的轴2根据给棉平板4设置，并在给棉辊1的外表面和给棉平板4的导轨面之间产生一个测量间隙8，使得给棉平板4引导棉卷5通过，在这个间隙中棉卷5被压缩。该测量间隙的高度(方向z)最好在给棉平板4沿着宽度(在y方向)方向上保持一致。

扫描装置设置在测量间隙8中。扫描装置包括几个相互独立的触角7，这些触角是相互独立的，在给棉平板4上沿宽度(y方向)的不同地点设置。每个触角7呈条状，并通过给棉平板4上的开口6伸出，其上平面实质上和给棉平板4的平面齐平。触角表面形状例如可以是矩形，其在棉卷5运动方向(x方向)上的长度最好是尽可能小，测量区域明确界定，并且垂直于运动方向x的横向边长(方向y)应尽可能大，以测量棉卷的整个宽度。触角7的数量最好是至少有两个，其尺寸可以是在技术可行和有用的范围的任何尺寸。如图1所示的实施例中，其为8个。触角7的数目越多，装置10的分辨率和精度越高。棉卷的质量取决于对棉卷厚度的测量。每个触角7与棉卷5机械接触，并且受到来自棉卷的一个向下的力(即离开给棉辊1的方向，z方向)，棉卷厚度越大力越大。

每个触角7连接有至少一个力传感器19并产生电信号，用来测量各个触角7位置上的棉卷5的厚度和重量。至少一个关联的力传感器19与触角7可操作地连接。棉卷5厚度的变化引起的作用于触角的压力被传输到至少一个与触角7连接的力传感器19上。所有的力传感器19可以固定到例如安装在给棉平板4上的支持梁16上。所述力传感器19可以采用德国达姆施塔特(D-64293)的奥廷格鲍德温测量技术有限公司生产的U1A型传感器。这些涉及使用压阻效应原理的应变计。或者也可以使用压电原理，电容或压力光传感器。力传感器19的输出信号实质上是棉卷厚度的幂函数。信号特征可以通过一个计算方法线性表示。在图1所示的实施例中，两个力传感器19与每个触角7相连，并且每一个力传感器19与相邻的两个触角7同时相连。然而，这并不是强制性的。

棉卷5在测量间隙8中被压缩。力传感器19测量到棉卷5产生的几乎位移不可见的压缩力。这就是为什么可能并建议将其固定安装在支撑梁16上，并用如有机硅这样的密封材料将给棉平板4上的触角7密封。其不仅是防止棉卷材料5卡住，还可以预防棉卷5的碎屑和其他不良污物颗粒由给棉平板4平板面渗透到传感器19。

至少一个力传感器19通过线17输出信号。所有力传感器19的模拟电子信号可以以不同的方式处理成本发明所述装置10的输出信号，最好相互结合。为此，装置10包括一个评估电路(未显示)。在第一种方案，该传感器的信号可以通过一个总和部件发出一个单一的总和输出信号。在第二种方案，每个传感器的信号可以单独转换成数字信号并且数字信号可以提供到数字计算单元，其可以例如线性化和/或加和上述数字信号。其他的模拟或数字的组合传感器信号可行，例如：加权总和或取平均值。各个传感器信号和/或处理的输出信号也可以以其他方式处理，例如：被滤波。经过处理的输出信号最好是用于控制棉卷5的拉入速度。为此，该处理的输出信号可以提供给一个开环控制系统，该系统部分控制给棉辊的转速。

不需要特别的测量，在相邻的触角7之间将有死点11。触角7之间的棉卷材料5将会通过但不被测量。这一缺点可以被图1所示的实施例所避免，可以为棉卷5配备导向机构18。该导向机构18例如可以设置为在给棉平板4扫描机构前方的窄，长，向上突起的网。他们的主要任务是为触角7提供整个棉卷材料5，以便对梳棉机100％给棉，并且避免死点11。

图2显示了扫描单元20，其可以被使用到本发明实施例所述的装置10上。扫描单元20包括一个排成长条的触角27，其与棉卷5机械接触(见图1(a))和用于接收来自棉卷5的压力。力传送装置23传送这一压力，例如：在至少一个力传感器29上的4个螺丝或螺栓。

在图2中，扫描单元包括两个定位于长方形扫描单元20一端的对称的力传感器29。每一个力传感器29检测从其上方的触角27端传来的压力。为了接收压力，力传感器29包括一个最好由金属制成的T形舌24。两个压力传送元件23压住所述舌型结构的两个传动臂。T形舌24的纵臂在压力下弯曲，其上部扩大。这一扩大将被一个或数个应变计28测量到。应变计28最好是设置在T形舌24和传感器基板25之间的连接区域。该传感器基板25可通过两个传感器紧固螺丝26固定在传感器外壳21。

两个力传感器29的输出信号通过如带状电缆的输出线31输出到本地传感器评估电路32。该传感器评估电路32，包括带校准功能的输出信号放大器和其他电路元件。其可以设置为印刷电路板并由两个电路紧固螺丝33固定在传感器外壳21。对湿度或污染敏感的传感器的评估电路32和/或传感器29等组件可以被浇铸到合适的绝缘材料里，因而被保护。传感器评估电路32的输出信号可以通过传感器安装引导插头34连接到中央评估单元，该插头通过开口35连接到传感器外壳21的底部。

例如该传感器外壳21可以由金属制成。例如其可以是长方体，参数如下：长度(x方向)15毫米，宽度(y方向)125毫米，高(z方向)11毫米。长方体的上平板面是缺失的。取而代之的是触角27。触角27和传感器外壳21之间的间隙，最好由密封环22密封，以防止污垢和水汽的渗透到传感器外壳21内部。

图3显示的是图2所示的在梳棉机给棉平板4上一个扫描单元20的改进形式。其显示的机构对应图1(a)。从左边提供的棉卷5在这里没有显示(见图1(a))。给棉平板4和给棉辊1之间的测量间隙8的高度为毫米数量级，例如1至5毫米，最好约3毫米。测量间隙8的高度最好是可变的。可以通过改变测量间隙的高度来设定扫描装置20的工作点。触角27伸出的高度在十分之一毫米的范围内，其至少比测量间隙8小10倍。

图3所示的实施例中，单个扫描单元20的传感器外壳21在横向(y方向)延伸的槽42内，该槽贯穿给棉平板4的整个宽度。例如可以设置八个扫描单元20，其每个含有两个传感器29。在传感器外壳21以外是电缆导管42以传输信号和电力。

本发明不仅限于上文讨论的具体实施例。为了简单起见，上文所述的实施例中给棉平板4位于棉卷5下方。在本发明的启示下，给棉平板4也可以位于棉卷5上方或一边。这就是为什么以上的“之上”，“之下”或“基于”不能理解为对本发明的限制。在本发明的启示下，本领域的普通技术人员可能进行进一步的变化。

Claims (12)

1.测量移动棉卷(5)质量或厚度的装置(10)，

包括

一个静态给棉平板(4)，其带有引导棉卷(5)的引导平面，

一个用于接受棉卷(5)的测量间隙(8)，测量间隙(8)在给棉平板(4)宽度方向上延伸，给棉平板(4)至少在测量间隙(8)的区域是刚性的，和

在测量间隙(8)内部区域设置的扫描装置，其与棉卷(5)机械接触，其包括至少一个测量棉卷(5)的质量或厚度并输出电信号的力传感器(19)，扫描装置包括至少两个沿给棉平板(4)宽度方向上不同地点(y)设置的触角(7)，其设置在给棉平板(4)上并相互独立，而且每个触角(7)与至少一个力传感器(19)连接产生的电信号，其用于测量触角(7)位置上棉卷(5)的质量和厚度

特征在于

至少两个在给棉平板(4)上的触角(7)相互独立，并且

所述至少一个力传感器(19)为几乎无位移的力传感器。

2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述力传感器(19)包括一个电阻应变计，其以压阻，压电，电容或压力光学测量原理为基础。

3.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述触角(7)的平面与给棉平板(4)引导平面相齐。

4.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述触角(7)边界的间隙用密封材料(22)密封。

5.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，装置(10)包括导向元件(18)，其为触角(7)供应棉卷材料(5)。

6.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，导向元件(18)为窄长向上凸起的网，并设置在给棉平板(4)扫描装置之前。

7.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，扫描装置至少包括两个力传感器(19)，装置(10)有一个结合至少两个力传感器(19)的电子信号评估电路。

8.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，测量间隙(8)位于固定的给棉平板(4)和驱动旋转的给棉辊(1)之间。

9.如前述权利要求中任意一项所述的装置(10)用于有开环控制系统的梳棉机的条纱整理。

10.一种测量移动棉卷(5)质量或厚度的方法，

其中棉卷(5)提供到一个沿棉卷(5)宽度方向扩展的测量间隙(8)，

在测量间隙(8)内，棉卷(5)沿其宽度有至少在两个不同的点(y)进行机械扫描，不同的点的扫描过程是彼此相互独立的，并

在各个扫描过程中产生一个电子信号表征各个点的棉卷(5)的厚度或质量，

其特征在于

所述扫描过程发生在刚性基础的触角(7)上，

由棉卷(5)产生的力以一种几乎无位移的方式扫描。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电子信号组合成一个输出信号。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，至少有一个电子信号，用于控制棉卷(5)进给速度和/或获得的棉卷(5)品质特征。

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