CN105722776B - 横动单元和用于控制横动单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于引导纱线的横动单元和一种控制这种横动单元的方法。横动单元包括具有用于驱动导纱器(120)的驱动轴(171)的电动机(170)，所述电动机与控制装置(330)相连。控制装置与增量编码器(180)相连，该增量编码器与电动机的驱动轴连接。为了能根据导纱器的引导速度分析增量编码器的角度增量信号，根据本发明，控制装置具有用于产生第一数据流的第一QEP分析装置(320‑1)和用于同时产生第二数据流的第二QEP分析装置(320‑2)。

Description

横动单元和用于控制横动单元的方法

技术领域

本发明涉及横动单元和用于控制纱线横动单元以卷绕交叉卷绕筒子的方法。本发明尤其涉及用于纱线引导的控制装置，其中安装在齿形带上的导纱器使纱线精确地横向移动。

背景技术

在形成纱线或丝线或纤维和长丝后且在其加工处理步骤后，它们被卷绕成筒子。在文献中采用了术语“筒子材料”，它在此也被理解为包含任何纱线形式或带形式的材料，其例如能以交叉卷绕方法被卷绕到筒子或卷轴上。以下将为此采用术语“纱线”。

纱线头被固定在筒芯上，从而纱线被抽拉到转动中的筒芯上，因而筒芯上的纱线被卷起或收卷，结果导致纱线绕层。如果纱线在这样的卷绕过程中未被引导，则纱线绕层一般将不会有序并排布置。这样的筒子对于机器加工几乎是无用的，因为纱线无法被均匀退绕，因而快速断裂。因此，有序卷绕是必需的，在此多个单独纱线绕层按照规定方式相互紧邻。待卷绕纱线按照基本已知的方式被导纱器引导，即如此进行横动，使得纱线绕层被并排拉拽到筒子上。纱线在所形成的筒子的整个宽度范围内即在横动行程范围内被均匀引导，从而使得导纱器一般在横向运动中平行于筒子轴线被引导。

在筒子卷绕中，纱线应被尽量精确引导，因此单独纱线绕层被尽可能精确定位在筒子上，因此纱线能以适当精确均匀的方式从筒子上退绕出来。首先，横动单元应尽可能精确地引导纱线，但与此同时，纱线引导应足够快速，从而使得纱线能以最高可能速度落在筒子上。

横动单元可以具有导纱架即所谓的导纱器，其具有引导纱线的孔眼，其中导纱器被固定安装在带(如齿形带)上。导纱器可以在导轨中被引导且被电动机驱动轮(如齿形带轮)驱动。因此，驱动电动机通过驱动轮和带来确定导纱器运动。因此，为了尽量最精确地定位导纱器和因而使纱线准确落置在筒子上必须如此控制该电动机，即，导纱器被快速精确定位。

这样的横动单元及控制横动单元的通用方法例如在DE10322533A1中有描述。利用已知的横动单元，电动机驱动型导纱器在横动行程中被来回引导。这样做时，电动机与电动机转子轴的当前位置相关地被控制，在此对转子轴施加按照超前角的附加超前量。但这样的控制可能导致明显偏离期望的名义位置且尤其是名义速度的明显偏差，尤其在导纱器被反向的区域中。

另一种横动单元及一种用于控制横动单元的通称方法由WO199/005055公开了。利用该已知的横动单元，电动机驱动型导纱器的在横动行程内的位置被检测且该导纱器根据角速度变化作为实际与理论比较之结果的函数被控制。为了检测导纱器的当前位置，角度传感器被耦联至驱动电动机且被连接至控制装置。当前位置的高精度测量是获得导纱器精确引导所必需的。于是，导纱器的各运动区段和与之相关的不同引导速度对角度传感器测量精度提出了尤其严格的要求。

发明内容

因此，本发明的目的是形成一种横动单元和一种用于控制横动单元的方法，其中电动机尤其在横动行程末尾引导该导纱器以使纱线高精度落在筒子表面上。

本发明考虑了必须在往复运动时经历横动行程的导纱器的各不同运动区段。尤其是导纱器角速度的快速改变在横动行程的反向区域中是必需的。就此而言，在导纱器反向区域中期望有精度极高的极速控制区段。为了这样的快速控制区段不会在基本恒定的引导速度下的导纱器线性范围内造成任何虚假反应，本发明的横动单元具有控制装置，其包括用于产生第一数据流的第一QEP分析装置(QEP＝正交编码器脉冲)和用于同时产生第二数据流的第二QEP分析装置。因此，有可能实现由角度传感器所产生的角度增量信号的区分分析并且由此获得导纱器运动区段所优选的电动机控制。

因此，尤其有利的是第一QEP分析装置以针对驱动轴高角速度的第一时钟频率进行编程，且第二QEP分析装置以针对驱动轴的低的角速度的第二时钟频率进行编程。于是，可以由不同的扫描速度产生相应的测量精度，这些不同的测量精度QEP分析装置的数据流中有反映。

于是，第一QEP分析装置的第一时钟频率最好被确定以产生用于N个角度增量的间隔的时钟脉冲，其中N>2。第二QEP分析装置的第二时钟频率被确定以产生用于每个单独角度增量的时钟脉冲。于是，由增量编码器产生的角度增量信号根据占优角速度被分析且被用来控制电动机。

为了针对导纱器的每个运动区段获得有利的电动机控制，也在控制装置内设有数据流耦合器且连接至QEP分析装置并且发放其中一个QEP分析装置数据流以与预定角速度相关地调整电动机。

为了将角度增量信号传送给QEP分析装置，也设有信号处理装置，借此可以产生增量编码器信号的复制品。因此，该QEP分析装置未失真地接收相同信号。

另外，尤其有利的是该信号处理装置具有光耦合器，借此传输所复制的角度增量信号。于是，增量编码器可以与该QEP分析装置电隔离。因此可以在角度增量信号的传输过程中有利地避免电气干扰。

附图说明

以下，根据附图来更详细描述本发明，其中：

图1示出用于在其卷绕时引导纱线的横动单元的示意图；

图2示出增量编码器的信号的示意图；

图3示出根据本发明的横动单元的示意性布置。

具体实施方式

图1示出横动单元100的示意图，该横动单元可以布置在安装金属板上，其中纱线110被引导穿过导纱器120的孔眼。导纱器120被连接至带130，在此是齿形带，即在本文所述的实施例中，导纱器120被固定插装在齿形带130上。带130在驱动轮140(即在此是用于齿形带的齿轮)上和在两个带轮150-1、150-2上行进。所述带在带轮150-1、150-2之间被导轨160引导。导纱器120被如此施用于带130，即它在带轮150-1、150-2之间在导轨160中移动。驱动轮140被连接至电动机170的驱动轴171，电动机通过驱动轮140驱动所述带130并进而驱动导纱器120，从而使导纱器在这两个带轮150-1、150-2之间来回运动。在此所述的实施例中，电动机170的驱动轴171同时是驱动轮140的转动轴线，因此电动机170的任何转动运动被准确传递至驱动轮140。作为驱动轮和电动机之间的直接连接的替代方式，电动机和驱动轮也可以通过传动装置等类似装置互连以便例如传递转动运动。

电动机170可以是步进电动机或伺服电动机，其连接至相应的电源和控制电子装置。

电动机170的转动运动因此导致驱动轮140的转动运动，驱动轮又使带130移动，从而带130和进而与带130相连的导纱器120都进行在这两个带轮150-1、150-2之间的移动。因此，横动行程是在两个运动转换点之间的运动路径。

导纱器120的运动尤其在转换点处是重要的。必须精确保持导纱器120的运动转换点，从而使得纱线精确地反转其在筒子上的落纱方向并且防止瑕疵出现。这样的瑕疵是指靠近先前筒子绕层直接落在筒轴上的纱线绕层。在退绕过程中当到达该瑕疵处时，这样的瑕疵造成纱线断裂。带有这样缺陷的筒子无法被用于许多机器应用。

为了导纱器120的精确定位和运动，横动单元100具有确定驱动轴171的转动的回转编码器或增量编码器180。在此所示的实施例中，增量编码器180直接安置在电动机170的驱动轴171上，因此直接确定驱动轴171的转动。或者，增量编码器可以通过齿轮或类似的机械连接被耦联至电动机驱动轴以便例如确定驱动轴171的转动。

在工作中，增量编码器180输出表示电动机170的驱动轴171的转动的角度增量信号。角度增量信号本身可以是任何类型的，例如它可以是光信号或电信号。在此所述的实施例中，增量编码器180输出角度增量电信号。在一个实施例中，这可以是实质上已知的美国Digital E6-2000型增量编码器，其针对驱动轴的每转并在分析所有信号侧边情况下提供8000角度增量，其中在此增量编码器情况下通过两条分析线输出所述信息。

图2示出线A和B的角度增量电信号的示意图200(分别见210或220)，例如那些由增量编码器180在驱动轴171以恒定角速度转动中所输出的。在210、220中示意作图示出的信号曲线表明，在驱动轴171的恒定角速度下，随时间输出等间距脉冲，从而使得脉冲A和B错开四分之一周期。如果考虑信号线A、B的侧边，则获得就像在230中所得到的那样的信息，每个侧边代表一个关于驱动轴位置变化的信息，即所谓的当前位置变化的信息。

驱动轴171的角速度、导纱器120的转动方向和相对位置可都由增量编码器所提供的这些信号来确定。例如如果增量位置5被分配给驱动轴第一位置，则可看到该驱动轴已随着每个信号侧边转动到下个角度增量(见240)。

所述驱动轴的转速(即角速度)或回转速度可以按照已知方式从作为时间函数的角度变化中确定，其中，可以由所经历的角度增量的数量来确定：

这产生作为角度的时间导数的角速度ω，

如果在固定的扫描时间间隔T_扫描中输入的角度增量信息被累加而产生Δ角度增量，则这给出针对角速度ω的以下关系

或者，驱动轴的角速度可以通过在两个固定事件的发生之间的时间T_事件，即已被经历的多个角度增量，来确定。因而，则可以如下获得角速度：

应该指出上述两种确定方法均可以被采用。

驱动轴转动方向可以按照实质已知的方式由线A和B的信号时序来确定。如果信号编码器的两条线A和B的电平(分别见图2中的信号210或220)处于逻辑0，则转动方向可以根据，作为下个信号，逻辑1最先在线A还是线B的情况下被通报来确定。通过分析所述线A和B的各自信号状态，因此可以明确分别确定该转动方向。

首先，可以通过所谓的启动运动确定驱动轴的绝对位置，在启动运动中该导纱器接近某个位置，其随后用作用于后面的相对位置确定的基准位置。在一个实施例中，这样的基准位置可以是导纱器的转换点。在一个替代实施例中，增量编码器可以在某个位置提供基准信号，从而可以通过这种方式确定基准位置。一旦导纱器的绝对位置已被确定，与基准位置相关的位置就可以通过上述方法被确定。

于是，如此确定的位置的可根据角度增量所确定的最大角度误差是角度增量的角度宽度：

因此，此角度误差与该增量编码器在轴每转中所输出的增量数量成反比。此角度误差于是通过与导纱器的机械联接的形状，即通过在本文所述的实施例中的驱动轮半径直接确定导纱器位置误差。

但实际上无法获得该误差，而是该误差实际较大，因为附加误差必须归结于原理地被加到该误差上。这些误差尤其包括增量编码器中的机械误差，例如机械误差或阻止立即处理的信号转换时间。这些误差可能导致在确定事件时间T_事件时的关于理论值波动。由于角度增量信号的时钟频率的变化(这在该技术领域是被称为抖动的现象)，因此实际状态中存在波动。就此而言，针对T_事件最小和T_事件最大存在不同的事件时间。所谓的抖动时间t_抖动取决于许多影响变量，例如角度增量编码器质量和分析装置的时钟频率。因为关于事件时间来测量转速，因此在确定角速度时要考虑这样的效果。

另外在实践中有另一个问题，即，针对增量编码器所提供的信号的扫描时间是否大于用以实际提供增量信号的时钟时间。例如如果增量值的扫描以扫描率20kHz发生，则存在扫描间隔T_扫描＝50μs，而电动机以最大角速度或17Hz的转速转动，且增量编码器提供上述的8000信息增量比特/转，这产生在以下两个增量之间的事件时间

T_事件＝1/(8000·17Hz)＝7.35μs

结果，在一个扫描时间间隔中有多个增量信息(信号侧边)比特。它们可通过分析装置被输入，但分析装置将只在其存储器内保留最后的事件时间，从而使得由分析装置重新确定的事件时间将覆写最后所确定和保存的事件时间。如果扫描间隔大于该事件时间，则控制装置只读取由该分析装置最后所存储的事件时间。因此，不是所有的事件时间在电动机高转速下被控制装置从分析装置中被读出。但如果选择较大的待分析增量数量，从而使得在两个角度增量信号之间的时间间隔在相同转速下变得更大，则可获得的角度误差和/或位置误差变得更大。但关于多个角度增量的这样的分析在反向操作时是不利的，因为角速度在这里是低的，因而较高的分辨率是可能的。较高的分辨率在反向操作中是所期望的，因为在那里需要更精确的控制。

图3示出用于解决该问题的本发明的横动单元的示意图300。电动机170在此被连接至增量编码器180，该增量编码器产生作为电动机170的驱动轴171的转速的函数的增量信号。增量编码器180所输出的角度增量信号在信号处理装置310内被处理并接着在复制之后被发送至所谓的第一QEP分析装置320-1(QEP＝正交编码器脉冲)(QEP1)和第二QEP分析装置320-2(QEP2)。因此信号处理装置310具有光耦合器370，使得增量编码器180与QEP分析装置320-1、320-2电流隔离。QEP分析装置320-1、320-2处理增量编码器180所发送的角度增量信号并将由此产生的角度信息数据流送至控制装置330。QEP分析装置能以单独功能单元形式实现或可以是控制装置330的整体组成部分。如果可行，由增量编码器180产生的角度增量信号和/或由其转换得到的电信号可以无需首先被复制地发送至QEP分析装置。

QEP分析装置320-1、320-2可以利用这种时钟频率来编程，从而使得它能将在两个或者任何增量数量的增量之间的时间T_事件作为信号输出和/或可以例如作为角度增量输出当前角位和/或可以输出转动方向。为此，QEP分析装置一般利用时钟频率被编程且随后根据该程序提供角度增量信息的数据流，其随后将被该控制装置在操作过程中读取，即将被扫描。

由QEP分析装置320-1和320-2所提供的数据流因此由一般包含处理器360的控制装置330读取并且如下所述被进一步处理。于是，增量编码器180所产生的角度增量信号分别被传输给QEP分析装置320-1、320-2。

控制装置330通过导线340被电连接至电动机170且控制电动机。首先，控制装置330控制电动机170；其次，控制装置330通过增量编码器180、信号处理器310和两个QEP分析装置320-1、320-2接收关于被控制的电动机170的信息。控制装置本身可以被设计成数字电路形式，即所谓的CPU(中央处理单元)和用于信号转换的相应的外部电路元件，如D/A和/或A/D元件以及用于产生电动机用控制信号的功率半导体。

第一QEP分析装置即320-1配设有第一时钟频率，从而它确定在第零个和第N个增量之间的时间间隔并可作为数据流供控制装置330使用，其中，N大于或等于2，从而QEP分析装置320-1确定用于经历N个增量的时间段，其中，N≥2。于是，第一QEP分析装置320-1不发出信号表示在前后即相邻两个角度增量之间的时间间隔，相反，它发出信号表示在N≥2个前后角度增量之间的距离。

第二QEP分析装置即320-2配设有时钟频率，从而它产生在两个前后紧接的角度增量之间有时间间隔的数据流，即它发出信号表示在线A和B的两个信号侧边之间的时间间隔。第二QEP分析装置320-2因此按照比第一QEP分析装置320-1的时间间隔更短的时间间隔传输如此确定的角度增量信息给该控制装置。

作为其替代方式，QEP分析装置可以均发出信号表示在不同数量的增量之间的时间间隔，在此，数量N均可以大于2。

在横动单元工作过程中，控制装置330根据上述等式之一确定转速或角速度ω。另外，控制装置330从与上述基准位置相关所经历的角度增量的数量来确定导纱器120的位置。当电动机170的驱动轴171的角速度超过角速度阈值时，第一QEP分析装置320-1的角度增量信息被用作这些值的计算基础。为此，QEP分析装置320-1和320-2的数据流被发送至控制装置330内的数据流耦合器350，以便根据角速度阈值来选择这两个QEP分析装置320-1和320-2的数据流且发放其中一个数据流来控制电动机。控制装置330只在由第一QEP分析装置320-1传输的信号超过第一角速度的第一预定阈值时处理第一QEP分析装置320-1的数据流，从而导纱器120以驱动轴171的相对高的角速度被移动。因此，首先可以保证在下一个值可供用于处理之前留有足够的时间来处理这些值。其次，经由多个角度增量所确定的时间间隔的相对误差相对于经由单个角度增量或仅几个角度增量所确定的时间间隔来说较小。由第二QEP分析装置320-2提供的数据流在该时间期间里被忽略，在所述时间期间内第一QEP分析装置320-1的数据流正被处理。该状态主要在导纱器120的线性运动范围内位于转换点之间。在此范围内，导纱器120由电动机170在均匀的引导高速下被引导，从而驱动轴171以相对高的角速度转动。

虽然现代的步进电动机或伺服电动机很快速地响应于控制信号，但电动机需要有限的时间来在横向运动末尾时改变方向，即所谓反向操作(即当导纱器到达其移动路程末尾时改变其运动方向并接着反向移动)。

因而，控制装置330如此在横动行程末尾控制电动机170，即，电动机170转速被降低直至转动方向反转。于是，导纱器120在横动行程末尾被减速，随后反向移动。因此，在QEP分析装置320-1和320-2的数据传输之间的时间间隔在驱动轴171的角速度降低阶段中比较大。在此阶段中，数据流耦合器350检查QEP分析装置320-1和320-2所读取/扫描的数据流是否高出或降低到低于角速度预定阈值。即，可选地，如果事件时间超出阈值，则控制装置读取具有较高分辨率的第二QEP分析装置320-2的数据流并处理它。虽然该角度增量信息具有较大的相对误差，更新速度也较高，这是因为第二QEP分析装置320-2提供了分辨率较高的信号。随着驱动轴的角速度进一步减小，事件时间的值变得较大且相对误差减小。在驱动轴171的、在导纱器120的反向范围内出现在横动行程末尾的相对低的角速度阶段中，第二QEP分析装置320-2的角度信息的数据流由数据流耦合器360发放以便电动机170的控制。

在驱动轴171的转动方向已反转之后，即在导纱器120也反向移动之后，控制装置330如此控制电动机170，即它尽量快速地将其转动运动再次加速至最大值。因此，由QEP分析装置320-1、320-2所发出信号的时间间隔以及发出信号本身的时间间隔变得较小。这样做时，该控制装置忽略第一QEP分析装置320-1的数据流，相反，其处理第二QEP分析装置320-2所提供的数据流，只要由第二QEP分析装置320-2所提供的信号未超过角速度的第二预定阈值。一旦控制装置330的数据流耦合器350发现该角速度已被超出，则第二QEP分析装置320-2的数据流被忽视，只有第一QEP分析装置320-1所提供的数据流被用来控制电动机170。

这样一来，横动单元的控制装置在电动机170的驱动轴171正快速转动时仅处理第一QEP分析装置320-1的数据流。但如果控制装置330的数据流耦合器350发现电动机170正以低角速度转动，则增量之间的时间间隔大，控制装置330处理第二QEP分析装置302-1的数据流，该数据流按照较短的时间间隔提供该角度增量。

角速度的第一预定阈值可以等于角速度的第二预定阈值。或者，这两个阈值可以是不同大小的。尤其是第一预定阈值可以小于第二预定阈值，这导致滞后曲线。

第二QEP分析装置320-2所提供的数据流(即具有更精细时间分级的信号)的分析具有以下结果，即，在导纱器120的转换点周围区域内，即当电动机正在改变其转动方向时，具有更精细分级和较高更新速度的信号被提供以由该控制装置分析。另一方面，在电动机170的驱动轴171的高的角速度下，具有较粗分辨率的角度增量数据流被处理，从而这保证有足够多的时间和/或足够大的计算能力可供用于处理所有信号并且相对误差小的信号被处理。

本文所述的横动单元和用于控制横动单元的方法因此允许更精确地控制导纱器，这由此也允许纱线更精确落在筒子上。

Claims (14)

1.一种通过导纱器(120)引导纱线的横动单元，该横动单元包括：具有驱动轴(171)的电动机(170)，用于驱动所述导纱器(120)；连接至所述电动机(170)的控制装置(330)；和连接至所述电动机(170)的所述驱动轴(171)的增量编码器(180)，该增量编码器被连接至所述控制装置，其特征是，所述控制装置(330)具有用于产生第一数据流的第一QEP分析装置(320-1)和用于同时产生第二数据流的第二QEP分析装置(320-2)，

其中，当超过预定角速度时，基于所述第一数据流控制所述电动机(170)，并且当下降到低于预定角速度时，基于所述第二数据流控制所述电动机(170)，

其中，所述电动机(170)的旋转方向能够由所述第一数据流和所述第二数据流确定。

2.根据权利要求1所述的横动单元，其特征是，所述第一QEP分析装置(320-1)以针对所述驱动轴(171)的高的角速度的第一时钟频率进行编程，所述第二QEP分析装置(320-2)以针对所述驱动轴(171)的低的角速度的第二时钟频率进行编程。

3.根据权利要求2所述的横动单元，其特征是，所述第一QEP分析装置(320-1)的所述第一时钟频率被确定以产生用于N个角度增量的间隔的时钟脉冲，其中N大于2，并且所述第二QEP分析装置(320-2)的所述第二时钟频率被确定以产生用于每个单独的角度增量的时钟脉冲。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的横动单元，其特征是，所述控制装置(330)具有数据流耦合器(350)，该数据流耦合器被连接至所述QEP分析装置(320-1；320-2)且释放所述QEP分析装置(320-1；320-2)的其中一个数据流以与预定角速度相关地调节所述电动机(170)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的横动单元，其特征是，在所述增量编码器(180)和所述QEP分析装置(320-1；320-2)之间布置有信号处理装置(310)，由此产生所述增量编码器(180)的角度增量信号的复制品。

6.根据权利要求5所述的横动单元，其特征是，所述信号处理装置(310)具有用于传输被复制的角度增量信号的光耦合器(370)。

7.根据权利要求4所述的横动单元，其特征是，在所述增量编码器(180)和所述QEP分析装置(320-1；320-2)之间布置有信号处理装置(310)，由此产生所述增量编码器(180)的角度增量信号的复制品。

8.根据权利要求7所述的横动单元，其特征是，所述信号处理装置(310)具有用于传输被复制的角度增量信号的光耦合器(370)。

9.根据权利要求1所述的横动单元，其特征是，所述驱动轴(171)通过驱动轮(140)驱动被连接至所述导纱器(120)的带(130)。

10.一种控制用于借助导纱器引导纱线的横动单元的方法，其中该横动单元具有带有驱动轴的用于驱动导纱器的电动机、用于检测所述驱动轴的角度增量的增量编码器和被连接至所述电动机的控制装置，该方法包括以下方法步骤：

-确定由所述驱动轴经历的角度增量的角度增量信号，

-从所述角度增量信号产生角度增量信息的两个单独的数据流，和

-从其中一个所述数据流确定所述驱动轴的角速度以控制所述电动机，

其中，当超过预定角速度时，基于第一数据流控制所述电动机(170)，并且当下降到低于预定角速度时，基于第二数据流控制所述电动机(170)，

其中，所述电动机(170)的旋转方向由所述第一数据流和所述第二数据流确定。

11.根据权利要求10所述的方法，该方法具有以下附加步骤：

-以借以检测针对N个角度增量的间隔的时钟脉冲来产生所述第一数据流，其中N大于2，

-同时以借以检测针对每个单独的角度增量的时钟脉冲来产生所述第二数据流。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征是，所述增量编码器的角度增量信号在产生所述数据流之前被复制。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征是，所述增量编码器的角度增量信号以光电形式在电路的电流隔离情况下来传输。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征是，所述电动机的所述驱动轴通过驱动轮来驱动被连接至所述导纱器的带。