CN106646503A - 纱线测速装置、包纱加捻设备及纱线转速测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纱线测速装置，包括激光发射器，所述纱线测速装置还设置有激光发射器射出的光的反射光接收机构，所述反射光接收机构包括光电转换器件和反射光的滤波机构；所述纱线测速装置还设置有信号处理电路，所述信号处理电路中设置有处理器，所述信号处理电路将光电转换器件输出的电流信号转换为可供处理器采样的电压信号，根据电压最大值出现的频率获得纱线转速。本发明还提供了局部上述装置的包纱加捻设备及纱线转速测量方法。本发明测量准确，解决了传统人工测量纱线转速不准确的问题，提高了纱线的自动化生产程度。
Description
技术领域
本发明涉及纱线测速装置、包纱加捻设备及纱线转速测量方法。
背景技术
传统的纱线转速测量方式采用人工测量。传统的人工测量方法是用闪光测速仪测量筒管或者锭子的转速（筒管与锭子是同步旋转的，转速一致）。锭子和筒管旋转时，纺织纱线从筒管上退绕出来，经过导丝钩，由罗拉牵引后卷绕成型。由于纺织纱线很细，且不断地高速旋转、向上移动，闪光测速仪直接测量纺织纱线的转速时，仅靠肉眼观察很难确定是否只出现了一个稳定、清晰的图像，所以闪光测速仪很难直接测得纱线的转速，因而用测得的锭子转速代替纱线转速，用以计算纱线捻度。捻度是指单位长度纱线具有的捻回数，理论上计算公式应是：捻度=纱线转速/牵伸线速度；而实际上由于传统测量方法的限制，计算公式近似为：捻度=锭子转速/牵伸线速度，经实测发现，纱管的转速与纱线的转速并不相等，偏差至少为50r/min；然而在测量过程中，会出现重像、存在多个闪光频率出现稳定图像，人工操作较难确定正确的频率，存在较大的可能选错频率，由此可见，用锭子转速计算得到的纱线捻度不可靠。
闪光测速仪利用的是频率可调，持续时间极短的脉冲光源。当被测物体的旋转速度与闪光测速仪的闪光频率一致时，闪光测速仪每次闪光，被测物体的标记点都会位于上次闪光时所处的位置，借助于人的视觉停留，被测物体好像静止未动，此时，闪光频率就是物体的转速。当闪光测速仪的闪光频率略大于被测物的转速时，每次闪光，被测物的标记点会滞后于上次闪光照射时所在的位置，肉眼观察到被测物的转动方向与实际转动方向相反；当闪光频率略小于物体转速时，每次闪光，被测物的标记点会超前于上次闪光照射时所处的位置，视觉上会认为被测物的转动方向与实际转动方向相同。当闪光测速仪的闪光频率与被测物的转速相等时，会看到一个清晰的单定像；当闪光频率范围小于转速时，存在多个闪光频率只出现单像，但显像较暗；当闪光频率范围大于转速时，会有多个闪光频率出现重像。若被测物的转速范围已知，则把测速仪的闪光频率置于该范围寻找；若被测物的转速范围未知，那么需要从最大频率开始逐渐向低频率寻找，使重像数越来越小，直到首次出现单个稳定图像，即为被测物的真正转速。
制作纱线时，为保证纱线捻度符合要求，工厂里的做法是让工人到每个机台上检测纱线转速。机器工作时，龙带受热膨胀会导致个别锭子与龙带的摩擦力变小，纱线转速不符合要求，所以工人必须隔一段时间测量一遍锭子的转速，这也使得测量劳动强度很大。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是提供一种测量方便、准确的纱线测速装置。为此，本发明采用以下技术方案：
一种纱线测速装置，其特征在于所述纱线测速装置包括激光发射器，所述纱线测速装置还设置有激光发射器射出的光的反射光接收机构，所述反射光接收机构包括光电转换器件和反射光的滤波机构；所述纱线测速装置还设置有信号处理电路，所述信号处理电路中设置有处理器，所述信号处理电路将光电转换器件输出的电流信号转换为可供处理器采样的电压信号，根据电压最大值出现的频率获得纱线转速。
进一步地，所述激光发生器采用激光二极管作为激光发生器，激光发生器还设置有聚焦机构，所述聚焦机构用于对激光发生器发射的激光聚焦，所述聚焦机构采用形成扇形光的聚焦机构。
进一步地，所述滤波机构由三级滤波结构组成光学滤波，第一级为透镜滤波，第二级为光通道滤波，第三级为滤光片滤波。
进一步地，所述信号处理电路包括信号放大电路，用于将光电转换器件输出的电流信号放大，将电流信号转换成放大后的直流电压信号并滤出干扰信号。
进一步地，所述信号处理电路包括第一信号放大电路，用于将光电转换器件输出的电流信号放大，同时将电流信号转换成电压信号及滤出干扰信号；所述信号处理电路包括第二信号放大电路，所述电压放大电路采用隔直放大，将原来的直流电压信号转变成交流电压信号；所述信号处理电路在第二信号放大电路之后设置迟滞比较器，经过迟滞比较器出来的波形为方波的直流电压信号。
本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种包纱加捻设备，能够利用上述的纱线测速装置。为此，本发明采用以下技术方案：
一种包纱加捻设备，其特征在于，它设置有权利要求1所述的纱线测速装置，且使经过所述聚焦机构处理后的激光能照射到需要加捻的纱线上。
进一步地，所述纱线测速装置设置在包纱加捻设备的加捻装置所处的位置，使被测纱线能处在聚焦机构聚焦形成的扇形光照射区域，并靠近聚焦点。
本发明再一个所要解决的技术问题是提供一种测量方便、准确的纱线转速测量方法。为此，本发明采用以下技术方案：
一种纱线转速测量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤：
向被牵引运动的纱线照射激光，使纱线转动时能够经过激光的聚焦点或聚焦点附近。
接收被纱线发射回的激光光线，先对其进行滤波，为光电转换器件提供规范的照射条件和中心波长符合其参数的照射光；
对光电转换器件所输出的电流信号放大，将电流信号转换成放大后的直流电压信号并滤出干扰信号；由直流电压信号的频率获得纱线转速。
以上方法的实施能够利用上述的纱线测速装置。
进一步地，上述方法中，对光电转换器件所输出的电流信号放大，将电流信号转换成电压信号，滤出干扰信号后，通过进行隔直放大，将原来的直流电压信号转变成交流电压信号，阻隔信号的直流部分，保留信号的交流部分，再经过迟滞比较器获得所述方波的直流电压信号，由所述方波的直流电压信号的频率获得纱线转速。
由于采用本发明的技术方案，本发明根据接收到的纱线反射光强弱变化的周期性，解析出纱线的转速，测量准确，解决了传统人工测量纱线转速不准确的问题，提高了纱线的自动化生产程度，减轻了工人的工作量，并且可将这些信息通过通讯的形式传递给上层管理，还能根据能否接收到纱线的反射光信号，判断纱线是否断线。
附图说明
图1为本发明纱线测速装置测量纱线转速实施例的立体示意图。其中A为纱线运动方向，B为纱线转动方向。
图2为本发明纱线测速装置测量纱线转速实施例的侧视图。
图3为本发明纱线测速装置实施例的立体示意图。
图4为本发明纱线测速装置实施例的俯视图。
图5为本发明纱线测速装置实施例的主视图。
图6为本发明纱线测速装置实施例立体示意的爆炸图。
图7为本发明纱线测速装置实施例主视方向示意的爆炸图。
图8为本发明纱线测速装置实施例光学接收部分的主视图。
图9为图8所示结构的爆炸图。
图10为本发明纱线测速装置实施例光学接收的工作示意图。
图11为本发明纱线测速装置实施例光学发射部分效果示意图。
图12为锯齿透镜的主视图。
图13为本发明纱线测速装置另一种测量纱线转速实施例的立体示意图。其中A为纱线运动方向，B为纱线转动方向。
图14为本发明纱线测速装置另一种测量纱线转速实施例的侧视图。
图15为本发明纱线测速装置电气部分的方框示意图。
图16a为本发明隔直放大处理前的信号波形图。
图16b为本发明由直流电压的直线形态经隔直放大处理后的信号波形示意图。
图17为迟滞比较器的电路原理图。
具体实施方式
参照附图。本发明所提供的纱线测速装置包括光学部分和电气部分。光学部分包括光学发射部分和接收部分。
（1）光学发射部分
激光光源波长可以任意选取，但考虑到调试方便及光电转换器件的选取，激光光源波长选择可见光范围内的400-1800nm红光(功率80-200mw)。激光由激光二极管产生，激光二极管射出的光线较为分散，为提高出射光强度，需要采用聚焦机构对激光聚焦。如图11、12所示，聚焦机构采用锯齿透镜209，产生垂直于纱线或相交与纱线的扇形面光线，不仅在一定程度上集中了光线，线能够更加集中的照射在纱线上，而且增加了照射角度，可以使激光集中照射于被检测纱线，提高激光强度，提高信号强度，改善信噪比，及保证始终能检测到纱线。
（2）光学接收部分
光学接收部分结构如图3-10所示。主要由硅光电二极管205、滤光片208、光通道203、双凸透镜201组成。光学接收部分主要是对纱线104反射的激光的滤波、解析。光电转换器件前的滤波机构目的是为光电转换器件硅光电二极管205提供规范的照射条件和中心波长符合其参数的照射光。本实施例中，该滤波机构由三级滤波结构组成光学滤波。第一级透镜滤波，通过双凸透镜201滤出斜射角度较大的光线，保留垂直射入的光线；第二级光通道滤波，光通道203表面涂有黑色亚光漆，黑色亚光漆对光线的反射能力很弱，光线一旦照到光通道表面，光线就会被黑色亚光漆吸收，从而进一步缩小斜射角度，保留垂直射入的光线。第三级滤光片滤波，滤光片208的作用等同于带通滤波器，此处选用的滤光片中心波长与光源相同为400-1800nm。
（3）电气部分：
电路主要由电源、放大器、隔直放大器、迟滞比较器组成。电路滤波主要滤除纱线工作转速以外的频率。纱线一般工作转速为3000-30000r/min。
硅光电二极管2将光信号转成电流信号，这个电流只有nA级。电气部分对电流信号可进行以下处理：
第一步放大器，先对这个电流信号放大，同时将电流信号转换成电压信号及滤出其中高频干扰信号。此时的电压信号是直流电压信号。
第二步隔直放大器，进行隔直放大15-40倍，原来的直流电压信号转变成交流电压信号，隔直放大可以去除原来的直流偏置电压，使放大后的信号不容易饱和。波形如图16b所示，横坐标为时间10ms，纵坐标为电压5V。
由于是交流电不能直接交给控制器采样，需要先将交流电转换成直流电平，为检出这个纱线信号，在电路里特别设置了迟滞比较器，迟滞比较器的上门限电压为1V，下门限电压为-0.56V。迟滞比较器电路如图17所示，经过迟滞比较器出来的波形为方波高电平为3.7V，低电平为0.7V，方波的频率既是纱线转速。将该方波信号送入控制器解析后，不仅可获得纱线转速，而且，控制器还可连接数据通信模块，可将纱线转速信息通过通讯形式自动发给其他设备。
本发明纱线测速装置的应用如图1、2所示，所述纱线测速装置设置在包纱加捻设备上，设置在包纱加捻设备的加捻装置所处的位置，所述聚焦机构将激光发生器发出的激光聚焦到需要加捻的纱线上。
在图中，标号101为锭子板，附图标号102位锭子，附图标号103为筒管，附图标号104为纺织纱线，附图标号105为导丝钩，附图标号106位导丝钩安装杆，附图标号107为罗拉，附图标号108为本发明纱线检测传感器装置。纱线转速测量传感器实施例的组装图如图3、4、5；爆炸图如图6、7所示，其中附图标号201为双凸透镜，附图标号202为外壳，双凸透镜201设置在外壳202的前端面，附图标号203为光通道，光通道203设置在外壳202内，处在双凸透镜201后方，附图标号204为激光发射器，激光放射器204所发射的经过会聚后的激光，从壳体202前端射出，附图标号205为硅光电二极管，其设置在壳体的后部，处在光通道203的后方，附图标号206为PCB板，附图标号207为固定铜柱。
以上为测量包芯纱的包缠纱线的转动速度的实施例，其中附图标号200为处在中间的氨纶丝，采用激光二极管做光源，经会聚后发射一字激光照射在纺织纱线104上，纺织纱线表面会反射激光，由光路收集纺织纱线的反射光，同时光路将光传递给光敏元件，光敏元件作为光电转换器件将光信号转成电信号，最终由电路解析该电信号可得到纱线的转速信息。由于纺织纱线围绕氨纶做圆周运动，纺织纱线与纱线检测传感器装置的距离时近时远，以至于纱线检测传感器装置接收到的光强忽强忽弱呈周期性变化，而这个变化的周期就是纱线的转速。本发明的装置和方法可以成功地将纱线的转速和断线信息解析出来，还可将这些信息通过通讯的形式传递给上层管理。解决了传统人工测量纱线转速不准确的问题，提高了纱线的自动化生产程度，减轻了工人的工作量。
纱线转速测量传感器同样适用于另外一种纺纱结构，其为环锭纺纱机、络筒机、络丝机等设备的加捻或卷绕装置。如图13、图14所示，附图标号301为锭子板，附图标号302为锭子，附图标号303为筒管，附图标号304为钢丝圈，附图标号305为钢领，附图标号306为被测纱线，附图标号208为本发明纱线检测传感器装置，附图标号308为导丝钩，附图标号309为导丝钩安装架，附图标号310为罗拉。纱线经过罗拉牵引向下经过导丝钩，再随着钢丝圈围绕纲领旋转，最终卷绕到筒管上。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种纱线测速装置，其特征在于所述纱线测速装置包括激光发射器，所述纱线测速装置还设置有激光发射器射出的光的反射光接收机构，所述反射光接收机构包括光电转换器件和反射光的滤波机构；所述纱线测速装置还设置有信号处理电路，所述信号处理电路中设置有处理器，所述信号处理电路将光电转换器件输出的电流信号转换为可供处理器采样的电压信号，根据电压最大值出现的频率获得纱线转速。
2.如权利要求1所述的一种纱线测速装置，其特征在于所述激光发生器采用激光二极管作为激光发生器，激光发生器还设置有聚焦机构，所述聚焦机构用于对激光发生器发射的激光聚焦，所述聚焦机构采用形成扇形光的聚焦机构。
3.如权利要求1所述的一种纱线测速装置，其特征在于所述滤波机构由三级滤波结构组成光学滤波，第一级为透镜滤波，第二级为光通道滤波，第三级为滤光片滤波。
4.如权利要求1所述的一种纱线测速装置，其特征在于所述信号处理电路包括信号放大电路，用于将光电转换器件输出的电流信号放大，将电流信号转换成放大后的直流电压信号并滤出干扰信号。
5.如权利要求1所述的一种纱线测速装置，其特征在于所述信号处理电路包括第一信号放大电路，用于将光电转换器件输出的电流信号放大，同时将电流信号转换成电压信号及滤出干扰信号；所述信号处理电路包括第二信号放大电路，所述电压放大电路采用隔直放大，将原来的直流电压信号转变成交流电压信号；所述信号处理电路在第二信号放大电路之后设置迟滞比较器，经过迟滞比较器出来的波形为方波的直流电压信号。
6.一种包纱加捻设备，其特征在于，它设置有权利要求1所述的纱线测速装置，且使经过所述聚焦机构处理后的激光能照射到需要加捻的纱线上。
7.如权利要求6所述的一种包纱加捻设备，其特征在于，所述纱线测速装置设置在包纱加捻设备的加捻装置所处的位置，使被测纱线能处在聚焦机构聚焦形成的扇形光照射区域，并靠近聚焦点。
8.一种纱线转速测量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤：
向被牵引运动的纱线照射激光，使纱线转动时能够经过激光的聚焦点或聚焦点附近；
接收被纱线发射回的激光光线，先对其进行滤波，为光电转换器件提供规范的照射条件和中心波长符合其参数的照射光；
对光电转换器件所输出的电流信号放大，将电流信号转换成放大后的直流电压信号并滤出干扰信号；由直流电压信号的频率获得纱线转速。
9.如权利要求1所述的一种纱线转速测量方法，其特征在于对光电转换器件所输出的电流信号放大，将电流信号转换成电压信号，滤出干扰信号后，通过进行隔直放大，将原来的直流电压信号转变成交流电压信号，阻隔信号的直流部分，保留信号的交流部分，再经过迟滞比较器获得所述方波的直流电压信号，由所述方波的直流电压信号的频率获得纱线转速。
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