CN104420033A - 红外光反射式纱线断纱监控专用导纱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种红外光反射式纱线断纱监控专用导纱装置，其特征在于：在细纱机导纱板的上侧面、下侧面或其周围安装红外光反射式监控装置，所述监控装置通过感知细纱纺制过程中纱线生产的连续性，并将反射光模拟信号的强度转换为数字信号，对此输出的数字信号进行分析从而判断环锭纺细纱机的细纱是否断纱。其对细纱机断纱的判断依据为：一定时间内无数字信号时表明细纱断纱；相反，一定时间内有数字信号时表明细纱未断纱。本发明所述导纱装置结构简单、对生产原料和纱线品种无特殊要求，可适用与棉纺、毛纺以及色纺等多种环锭纺的细纱断纱监控。

Description

红外光反射式纱线断纱监控专用导纱装置

技术领域

本发明屈于纺织技术领域，涉及用于纺制环绽纱线的监控技术，特别涉及利用红外光在纱线表面的反射光与无纱线时的反射光强度差异判读纱线是否断纱的监控专用导纱装置。

背景技术

如附图1细纱机现有导纱板示意图所示，从细纱机前罗拉三角区输出纤维束通过导纱板上的导纱钩后，经过加捻而成纱线，并最终卷绕到纱管上，在此过程中由于纱线内部存在张力，而纱线本身的强力不足等原因最终导致细纱断纱。检查和处理细纱断纱是纺织厂细纱挡车工的工作任务之一，而其中巡回检查断纱占用了绝大部分时间，这部分时间没有处理细纱的断纱，因此实际上为无效工作时间。特别值得注意的是在纺深颜色纱线时，由于纱线颜色与环境对比度不强，断头检查更加困难。而细纱工序是纺纱过程中成纱的最后一道工序，其品质、生产效率、能耗、机物料消耗、用工等指标是纺织生产企业的技术水平、管理水平以及生产效率的重要体现。因此是否能发明一种能够适应多种环锭纺细纱生产设备条件的快速细纱断纱检测、统计以及显示功能的细纱断纱检测系统是纺织企业的细纱生产管理水平、生产效率能否走在世界前列的关键。为解决这一问题，环锭纺细纱断纱在线检测技术应运而生。细纱断纱在线监测技术能否快速指引挡车工发现细纱断纱，其应用能及时监测细纱断头的状况以及实时了解断纱在细纱机各个锭位上的分布、分析断头原因，可以让管理人员有针对性地应用这些反馈信息，同时可以改善锭速制约因素、优化细纱工艺条件、优化调度挡车和维护计划等，以提高纺纱生产效率、提升产能、降低消耗、节省用工、改善品质和完善管理。

断纱检测技术对于纺纱生产和管理的重要性早已成为行业的一个共识，环锭纺纱断纱检测技术概念的提出已经有约三十年的历史，目前国内外已有一些相关的专利以及相关的应用产品报到。现有的具体实施的方案已有多种：巡回式锭子管理系统、钢丝圈运动光电扫描式细纱断纱检测系统、导纱钩纱路中纱条光路遮断细纱断头在线检测系统、导纱件摩擦热敏传感式断纱检测系统以及导纱钩张力位移细纱断纱检测系统等。国内外细纱断纱检测方案如下：

RING EXPERT系统

Ring Expert(RE)系统是瑞士Uster Technologies(乌斯特)公司的锭子专家管理系统，又称巡回式锭子管理系统。RE系统为了降低系统成本，采用了监测头巡回的工作模式。系统在细纱机每侧钢领板外侧各装一个轨道，每一个轨道上装一个检测头，左右共两个检测头，其巡回周期约为2min。另外，依据钢丝圈运动电磁感应原理检测钢丝圈运动的细纱断纱检测系统还有Premier(印度普瑞美公司)细纱机纱锭及纺纱监测系统(Ring i或者Ringeye5000-SSM)和德国Zinser的单锭式纱线断头监视器。Ringeye5000-SSM是普瑞美公司研发的细纱机纱锭及纺纱监测系统，曾在山东、无锡试用，并取到了断纱检测系统应用基本资料。(参考文献：[1]专利申请号：200880121250.3.[2]乌斯特RingTechnData技术报告，2011.)

RE系统提供的机台和区段两级警示装置，引导挡车工操作，减少挡车工的工作量。RE系统的软件部分可以根据用户自定义设置显示和报警门限，系统提供机台和单个锭位的纺纱长度、重量和效率等产量信息，同时提供断头及其特征(包括始纺断纱、正常断纱、维修断纱、空锭和滑锭)的质量信息。Ringeye5000将锭子监测系统、断头指示、断头自动控制和生产监测系统整合为一体，由软件包Panoramill组成了纺纱生产管理系统。RE的巡回式监测头的钢丝圈电磁感应监测方案比较便于在原有细纱机上加装，目前看来是一种性价比较高的配置。RE系统由于要在纲领板外侧加装轨道，因而不太适于加装在自动集体落纱的细纱机。同时，该系统的巡回周期长，响应速度低，完全不能适应现有的高速要求。

Individual Spindle Monitoring系统

Individual Spindle Monitoring(1SM)是瑞士Rieter(立达)公司开发的基于钢丝圈光电扫描的细纱单锭管理系统。ISM系统的基本原理是利用特定频率的光束跟踪钢丝圈在纲领上运动特性，从而获取钢丝圈运动信息，并通过光电转换得到钢丝圈运转频率信号，经机台计算机运算判断纺纱系统是否正常。同时将钢丝圈的运动信息与细纱机的其他工艺参数融合后分级、分组、分段指示或报警纺纱设备的工作状态，这些信息包括断头及其频数、断头对应卷装位置、断头期间、锭速、运转效率、输出长度和产量等与生产管理相关的数据。

ISM系统采用了单锭式配置，即在每个锭位的外侧钢领板上固定一套监测头，一套监测头对应一个锭位。由于整个系统中不存在运动部件，因而没有磨损、工作可靠、可为锭位管理提供实时数据。单锭监测头可以监测各锭位的实时运行数据，ISM系统同时配置了相应生产管理软件，可以实现机台、分段和锭位三级警示引导挡车操作，减少正常巡回挡车工作量。

系统虽然采用数字光束可以消除环境光的影响和干扰，但该系统在基本原理上仍然存在不可回避的问题。比如光束通道被飞花阻挡时，系统会产生误动作。安装过程中需要在机器的纲领板上打孔，其通用性问题有待解决，因此仅在新购买的设备上使用。该系统相对于监测头巡回式的配置，单锭式配置成本较高。ISM已经在湖北、河南以及苏州地区已有部分厂家在示范车间应用。(参考文献：[1]龚羽，倪远.环锭细纱机纺纱断头监测技术现状与发展评析[J].纺织导报，2012，6：100.[2]立达公司ISM技术发展报告，2012.)

Spin Master Monitoring System细纱断纱检测系统

Spin Master Monitoring System(SMS)细纱断纱检测系统包括比利时巴可公司细纱断纱检测系统及其软件包，该系统利用导纱钩纱条光路遮断原理检测断纱的单锭式细纱断纱检测系统。该系统同时检测纺纱断头、气圈速度和纱条直径。Spin Master Monitoring System检测管理软件具有断纱与运转效率分析、锭速及其优化、操作与维护引导和粗纱停喂等配套功能。同时还具有所有纺纱断头监测方案中独具的纱条直径在线监测功能，提取纱条直径信息，通过机台计算机处理，进行整机各锭位纱条直径及其不匀率、纱疵等在线监测和分析，最终构成纱线的在线质量控制系统。

上海太平洋机电有限公司提出了一种在导纱钩下方设置光电传感监测头的断纱检测方案并申请专利(申请号为：200520045862.2)，该系统的断纱检测装置的细纱导纱器由一个导纱板和一个压紧板构成，压紧板设置在导纱板上，压紧板与导纱板通过螺钉连接固定，在导纱板和压紧板之间固定设置有一个导纱钩，导纱板的一端设置有一个凹形缺口，导纱钩设置在凹形缺口的上方，凹形缺口的两侧内设置有光电传感元件，导纱板的另一端通过销轴连接有一个导纱板架。正常纺纱时，细纱通过导纱钩绕到细纱机的筒管上。当细纱断头时，导纱钩内无细纱通过，导纱板凹形缺口两侧的光电传感元件立即发出断纱信号，断纱信号通过导线传递到控制器。该系统仅仅可以检测细纱是否断头，无法检测细纱气圈的工作状态。

同时，上海太平洋机电有限公司也提出导纱钩摩擦热敏传感监测方案的申请专利(申请号：02265359.7)。系统由热敏元件为一次元件构成的传感器及与传感器相连接的信号处理器，传感器设置于细纱机纺纱时摩擦起热的部位，包括纱线与导纱钩、钢领与钢丝圈接触的部位，纱线断头后，这一部位的温度下降，传感器将温度值变换为电信号送至信号处理器。由于材料温度变化的惰性较大，信号处理器一般需要8～16s才能发出信号提示，因而该方法检测的系统响应差，且灵敏度较大，并受工况环境的影响较大。利用热敏传感器的监测方法因热惰性大，监测灵敏度低，系统向应差，并受工况环境的影响较大。该方案也未见实际应用。

导纱钩张力位移监测断头系统(申请号：201110236299.7)提出一种环锭纺纱机的断纱气动处理装置，系统利用纺纱纱条在导纱钩上的纺纱张力抵抗装置中的弹簧力推动导纱钩位移，断头发生后弹簧力和磁力使导纱钩复位并打开气路阀门，并由气缸推动铲纱器停喂粗纱。该系统主要由机械机构和气动机构结合而成，因此结构比较复杂、投资成本高，维护难度大且需要气源。在纺纱生产多锭位和不良工况下，气压的稳定性难以保证，因此系统难以灵敏、稳定和可靠地运行。

Ring Route是由江南大学提出的细纱断纱检测系统，该系统以国产主流的上海二纺机EJM128型细纱机为基础，研发了单锭式细纱断纱检测系统，该方法用于检测钢丝圈的信号的变化特性。根据钢丝圈运动特征的变化从而诊断纺纱故障，其包括纱线断头、锭子打滑、钢丝圈磨损等。(参考文献：刘基宏，徐阳，宋晓亮，环锭纺细纱断纱在线检测的发展状况，棉纺织工业，2013年第1期，59-65页)。

江南大学提出的环锭纺细纱机工作状态的检测方法及判断方法(申请号：201210232141.1)，该方法在细纱机气圈可感测区域设置感应装置，所述感应装置感应细纱气圈回转产生的数字信号，对输出的数字信号进行分析从而判断环锭纺细纱机的工作状态。在该方法中提出了采用光电传感器监测纺纱时纱线气圈，并将气圈状态转化为数字信号，以数字信号的统计特征对细纱机出现的工作状态进行监测。

发明内容

本发明的目的在于针对纺织行业的环锭纺细纱机生产过程出现细纱断纱时难以快速发现这一问题，提出利用红外发射光照射到纱线表面后的反射光与无纱线发射光之间的差异，并设定阈值，将此具有差异的模拟信号转换为数字输出信号，从而判别是否有纱线断纱的原理实现断纱监控，并将上述功能与现有的细纱机上的导纱板绑定构成如图2所示监控断纱专用导纱装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

红外光反射式纱线断纱监控专用导纱装置利用红外发射光照射到纱线表面后的反射光与无纱线发射光之间不同区分是否有纱线的原理，监控纱线是否断纱的专用导纱板，在结构上包括以下几个部分或其中的一部分：在细纱机的导纱板上安装的红外发射管和对应的红外接受管，红外接受管信号分析与转换电路构成的红外光处理电路板，是否有断纱的指示灯输出，以及固定上述装置的外壳。

进一步说明的是其中红外发射管的发光电信号为直流信号，通过调节红外发射管与导纱板上面的导纱钩的距离以及调节红外发射管强度，保证红外接受管的信号的强度。

其中红外发射管可以采用多只，保证红外接受管的信号的强度或构成差动电路等。

其功能为对红外接受管的电信号的变化进行分析、转换为数字信号，在有纱线经过导纱板前方时发出信号“1”；无纱线时发出信号“0”；如果在设定时间内信号连续为“0”，则驱动指示灯，并将该信号送入后续电路。

上述电路板等元器件可以部分或全部安装在外壳的内部或其表面；该外壳是指在原有导纱板上增加的固定其他元器件的壳体，可以为立方体、长方体、流线型薄壳体等，也可以为非封闭构件；该外壳可以安装在导纱板的上侧、下侧或其他任何部位；该外壳的材料可以为工程塑料、金属材料或复合材料等；该外壳与现有导纱板之间的固结方式包括：壳体与现有导纱板一次成型生产、胶水等粘合剂粘合、两单件之间用螺丝或铆钉等方式固定。

该装置既适用与棉纺行业的细纱机也适用于毛纺、麻纺、色纺等其他行业的细纱机。

该装置可以推广到类似的具有纺纱段的粗纱机的粗纱段，同样适用与棉纺、毛纺、麻纺、色纺等行业。

本发明的监测方法和判断方法具有下述优点：

1、该系统安装在导纱板上，与现有细纱机系统隔离，从而不影响现有的细纱机的机械、电子等结构。

2、该系统根据红外反射光的强度判别是否断纱，红外光强度阈值的设定可以有效排出环境因素造成的干扰，从而提高了判别精度。

3、红外发射光为直流信号，可以高速识别更加细微、更加快速的光强的变化。

4、利用一个或多只红外发射光可以改变光强或者构成差动等多种电路形式。

5、利用模拟信号的强弱判别纱线的有无，准确度高。

6、以导纱板为依托，可以灵活地安装在能够监测纱路或检测气圈的位置。

7、对纺纱原料种类和颜色无要求，适用于各种环锭纺细纱机。

附图说明

图1细纱机现有导纱板示意图。

图2本发明装置安装位置示意图。

图3本发明改装部分示意图。

图4本发明装置另一种安装位置示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示将如图3所示改装部分装置安装在导纱板的下侧，改装部分由红外发光管和红外光接收管组成。红外光处理电路板驱动红外发光管发射出红外光，在正常纺纱过程中，有纱线经过红外发光管的前方，此时由纱线表面反射的红外光被反射到红外光接收管的表面，在红外光处理电路板上对此变化的模拟信号进行处理分析后，产生一个数字信号输出，其结果为“1”。在发生断纱后，无纱线经过红外发光管的前方，此时无反射的红外光被反射到红外光接收管的表面，在红外光处理电路板上对此变化的模拟信号进行处理分析后，产生一个数字信号输出，其结果为“0”。最后根据一定时间内是“1”的有无确定是否有断纱发生。由于采用了直流信号，因此不管纱线的粗细，只要有纱线经过，该信号均被捕捉，不会发生漏检现象。

实施例2：

如图4所示将如图3所示改装部分装置安装在导纱板的上侧，改装部分由红外发光管和红外光接收管组成。其信号处理原理与实施例1相同。

Claims (7)

1.一种利用红外发射光照射到纱线表面后的反射光与无纱线发射光强度差异判别是否有纱线的原理，监控纱线是否断纱的专用导纱装置，包括：在细纱机的导纱板上安装的红外发射管和对应的红外接受管，红外接受管信号分析与转换电路构成的红外光处理电路板，是否有断纱的指示灯输出，以及固定上述装置的外壳。

2.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：所述感应装置为反射式红外光电检测装置，其红外发射管的发光电信号为直流信号，通过调节红外发射管与导纱板上面的导纱钩的距离以及调节红外发射管强度，保证红外接受管的信号的强度。

3.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：所述反射式红外光电检测装置，其红外发射管可以采用多只，保证红外接受管的信号的强度或构成差动电路等。

4.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：所述红外光处理电路板可以为单独一块电路板或者由多块电路板构成，其功能为对红外接受管的电信号的变化进行分析、转换为数字信号，在有纱线经过导纱板前方时发出信号“1”；无纱线时发出信号“0”；如果在设定时间内信号连续为“0”，则驱动指示灯，并将该信号送入后续电路。

5.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：上述电路板等元器件可以部分或全部安装在外壳的内部或其表面；该外壳是指在原有导纱板上增加的固定其他元器件的壳体，可以为立方体、长方体、流线型薄壳体等，也可以为非封闭构件；该外壳可以安装在导纱板的上侧、下侧或其他任何部位；该外壳的材料可以为工程塑料、金属材料或复合材料等；该外壳与现有导纱板之间的固结方式包括：壳体与现有导纱板一次成型生产、胶水等粘合剂粘合、两单件之间用螺丝或铆钉等方式固定。

6.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：该装置对纺纱用纤维种类和颜色无要求，既适用与棉纺行业的细纱机也适用于毛纺、麻纺、色纺等其他行业的细纱机。

7.根据权利要求1所述的红外光反射式纱线断裂监控专用导纱板，其特征在于：可以推广到类似的具有纺纱段的粗纱机的粗纱段。