CN1106536A - 纱线筒子卷绕质量的检查仪器及其在络筒或纺纱机上的应用 - Google Patents

Abstract

本仪器包括分散安装在一纺纱机或络筒机上的 许多传感器(15)，用以在筒子(4)的生产过程中对卷 绕质量进行在线监测。每一传感器(15)包括一个光 源、照亮和成象的光学装置以及一个检测器。传感器 (15)最好安装在筒子更换器(5)上。

本仪器应用在设有电子清纱系统(12、13、14)的 纺纱机或络筒机上，并把它们的测量信号互相综合在 一起。

Description

本发明涉及一种纱线筒子卷绕质量的检查仪器，该仪器具有一个传感器，该传感器具有一用以照亮纱线筒子部分表面的光源，一个用以把照亮部分在检测器上成象的装置和一个对检测器所产生的信号进行评价的电路。

DE-A-4，216，729公开的一种该类型的仪器是一检查室结构，其中设有由CCD摄象机组成的表面或图象传感器。在检查过程中把待检查的筒子放置在工作台上，并用两个光源的泛光进行照亮。从DE-A-4，112，073可知，整个纺纱厂的检查室是集中设置在中间储仓的范围内。这就是说筒子测试所发现的不合格的卷绕质量已无法进行校正，而只能将卷绕质量不合格的筒子予以分开作为等外品。此外，这种公开的仪器只能检查筒子纱线最外层的状况，而不可能对筒子内在的卷绕质量有任何显示。因此，不能排除甚至很可能出现的一种情况是，由这种仪器判定为优良的筒子实际上有很差的卷绕质量。

本发明现提供一种筒子检查仪，它能够尽可能地对有关筒子的整个范围或至少对其大部分的卷绕质量进行监测。另外，筒子测试仪应这样来设计，即对于一个卷绕质量差的筒子并不一定把它视为不能使用而淘汰，而能对它实行校正。

根据本发明，解决上述任务的技术方案在于该仪器包括很多上述型式的传感器并且这些传感器分散地设置在一纺纱机或络筒机上，用以在筒子的生产过程中对卷绕质量进行监测。

在按照本发明的检查仪中，并不采用把纺纱或络筒工序所加工完毕的筒子供给一单独的中央检查室，而是在纺纱机或络筒机上设有大量分散的传感器，用以在筒子的生产过程中对卷绕质量进行监测。这就是说，即使对筒子的内层纱线的卷绕质量也能进行监测而且还能将校正措施纳入生产过程。如果气流纺纱机和络筒机的每个纺纱和络筒部位上均装有一电子清纱器，则也可能把本发明的卷绕质量检查仪同清纱系统相连接，从而能对卷绕质量提供附加的判断。

本发明还涉及所述的仪器在设有电子清纱系统的纺纱机或络筒机上的应用。这种应用的特征是，把卷绕质量检查仪所产生的信号同来自清纱系统的信号相互结合考虑来进行评价并建立两种装置间的功能上的联系。

下面，通过实施例和附图对本发明进行更详细的说明，其中：

图1表示配备现有技术的筒子检查仪的纺纱/络筒车间的概略图，

图2表示本发明的筒子检查仪的一部分及其在纺纱/络筒工序中所处的位置的概略图，

图3a和3b表示图2所示仪器的传感器的第一个实施例的概略图，

图4a和4b表示图2所示仪器的传感器的第二个实施例的概略图，

图5a和5b表示图2所示仪器的传感器的第三个实施例的两种派生形式。

在图1中，环锭纺纱机用标号1表示而自动络筒机用标号2表示。在纺纱车间内设有许多纺纱机1和络筒机2，例如各40台。而每一台纺纱机1和每一台络筒机2分别包括很多的纺纱和络筒部位。纺纱机1所生产的纱管3由一运输系统输送到自动络筒机2上，在自动络筒机上把纱管3改绕成交叉卷绕筒子4。如果不是环锭纺纱车间而是气流纺纱车间，则纺纱机直接生产出交叉卷绕筒子，而不再需要自动络筒机。

绕满的交叉卷绕筒子4由一交叉卷绕筒子更换器5取走并通过一个上料装置6转给一个用虚线表示的运输装置7。运输装置7把交叉卷绕筒子4按箭头方向运往一卸料装置8，该卸料装置接收来自运输装置7的交叉卷绕筒子并把它们送往检查站9。在检查站9中，卷绕的表面纱线层的状况由一个机器值勤人员用肉眼检查并且用光学检查仪进行检查，把具有不可接受的疵点的筒子检出并送入一适当的等外品容器10内，而对质量合格的筒子则贴上一标签E并将其送往一中间储仓11。

这种在生产过程之后在中央检查站对交叉卷绕筒子进行检查的方法是现有技术，并譬如已在DE-A-4，112，073中有所描述。一种适宜的光学检查装置已在DE-A-4，216，729中公开。

本专利申请的交叉卷绕筒子检查系统与上述现有技术的不同点在于，交叉卷绕筒子的质量的控制不再是在生产过程之后的一个检查站中进行，而是在生产过程中，并最好在交叉卷绕筒子更换器5的范围内进行。从降低成本观点出发，建议采用一种能用于多个络筒部位的巡回传感器。

巡回传感器可安装在交叉卷绕筒子更换器5上，或者在没有交叉卷绕筒子的情况下安装在一适当的巡回装置上。在一个络筒机上设置一个用于30或60个络筒部位的的交叉卷绕筒子更换器，而在一个气流纺纱机上设置一个用于约120个纺纱部位的交叉卷绕筒子更换器。在一个络筒机生产一个交叉卷绕筒子约需90分钟的前提下，根据交叉卷绕筒子更换器速度的不同，每一筒子在其生产过程中将受到大约50～90次检测。在气流纺纱机中，由于生产速度较低，所以检查次数要提高2至3倍。即使在最不利的情况下，这仍然高出仅对最外纱线层进行检查的现有技术若干个数量级。当然，在每一络筒或气流纺纱部位也能配备自己的传感器。

图2简化地示出了正在以纱线G向其上卷绕的三个交叉卷绕筒子4。当然在每个生产部位上设有一槽筒，用以驱动相应的交叉卷线筒子。另外，最好还能设置一个用以确定槽筒速度的传感器和一个用以确定纱线在交叉卷绕筒子上的位移的传感器。纱线的额定速度能从这两个传感器的信号来求得。所述部件在这里不作具体的说明，关于这方面可参阅本申请有所引用的US-A-5，074，480。

纱线按已知的方式通过清纱系统，例如USTER POLYMATIC型清纱系统（USTER为Zellweger Uster公司的注册商标）的测量头12。这种清纱系统包括一中央控制单元13，并且每个测量头12包括一个与相关的测量头12并与控制单元13相连的评价单元14。在中央控制单元13上最多可连接84个评价单元14。

在络筒部位区域内设有一巡回的交叉卷绕筒子更换器5，它不断地在一定数量的，例如30或60个络筒部位旁来回移动，并把绕满的交叉卷绕筒子4从络筒机2上取走，并转给图1中所示的上料装置6。这种型式的交叉卷绕筒子更换器已为人们所熟知，所以这里不作详细说明。对于图2中所示的交叉卷绕筒子更换器5的一个重要事实是除了用以搬运筒子的公开的机构外，它还包括一传感器15，用以检查交叉卷绕筒子4的卷绕质量。

这个将在后面通过图3至5进行说明的传感器照亮了交叉卷绕筒子4并使这些筒子4在一检测器上成象，检测器的信号被输往一相应的评价电路16。在所示的实施例中，评价电路16是按清纱系统的评价单元14的形式而设置的并安装在交叉卷绕筒子更换器5上。评价电路16的输出端与一个中央控制单元相连，按图所示，是与系统的中央控制单元13相连。

检查交叉卷绕筒子4卷绕质量的目的在于识别交叉卷绕筒子的卷绕疵点，并从而查明疵点的生产部位，因此能进行交叉卷绕筒子4的疵点分类，而且在筒子上能标出相应的质量数据。做标记最好是通过把质量数据无接触式的输入到筒子上所设的、并通过一个可机器写入和机器读出的电子贮存芯片构成的信息载体来进行，该信息载体能补充或取代图1中所示的交叉卷绕筒子4的标签E。

另一方面，筒子检查系统还可提供这样的可能性，即在检测到一疵点时直接对生产过程进行干预，将卷绕中有疵点的一段纱线剪除（对络筒机而言），或者使有关的转杯部位中止生产（对气流纺纱机而言）。为了这些目的，如果在纺纱机或络筒机上设有电子清纱系统，是特别有利的，因为对生产过程的干预便可由清纱系统中的相应装置来执行。在清纱器或筒子检查系统的给定下，有疵点的线段由络筒机上和气流纺纱机上设置的抽吸装置来清除。

当然，所述的筒子险测仪在原理上可为一独立的检查装置，它不受存在清纱系统的束缚，而且也与清纱器的型式或测量原理完全无关。同样，筒子检查仪也不一定需要由交叉卷绕筒子更换器5上所设的一个巡回传感器15来构成，而是也可在每一生产部位上设置一个相应的传感器。甚至可把一个图3至5所示型式的传感器应用于中央检查站9中（图1）。在此情况下，虽然不能实现在线监测，并且得不到筒子内部的卷绕数据，从而只能获得很少的质量数据，并且不能对生产过程进行干预，但是，此系统仍能同目前公开的系统一样有效。把图3至图5所示的传感器应用到中央检查站的先决条件是必须有一个使筒子旋转的装置。

对生产过程进行干预并非单纯地意味着通过去除来消除疵点，而且还意味着通过控制而防止疵点的发生。例如可根据所测量的疵点率来调节络筒速度或纺纱速度。另一种可能是调整筒子密度。交叉卷绕筒子更换器5还能完成其它的检查任务，例如每一交叉卷绕筒子4能通过筒子更换器5来称量，并在纱线支数已知的情况下从重量来确定所绕纱线的长度。

筒子的疵点率包括纱疵（清纱器）和卷装疵点（筒子检查系统）。这两种疵点合在一起提供了筒子所有疵点或质量的衡量标准。筒子密度能通过筒子检查系统和清纱系统的信号联合处理来控制。众所周知，就机械方面而言可通过纱线张力装置、气圈控制或根据管纱的退绕状况调整卷绕速度来完成对筒子密度的控制。上述的筒子的密度控制的基本参数是精确的卷绕长度（由各种速度测量来确定）、纱线层、纱线的绝对支数以及筒子直径。筒子密度及其在筒子内部的分布也是对纱线张力的一个衡量尺度，并可在具有纱层检查的情况下用来对纱线张力进行检查。

与纱疵不同，对于筒子疵点还没有评定准则，也没有公认的疵点一览表，如果可把交叉卷绕筒子中的疵点理解为有害于后道加工和/或降低最终产品质量的因素的话，则最重要的筒子疵点可列表如下：

-脱圈（两个端面之一上出现的吊经）

-叠圈卷绕

-菜花形（变形疵点）

-剩余纱线、额外纱线

-缠结纱层

-径向变形（端面上的卷绕重叠）

-轴向变形（在圆柱形表面上的卷绕重叠，所谓的滚筒卷装）

-变动的外表（由原料变化或管纱混淆所引起的筒子上的颜色变化）

-气流纺纱车间的清洁环

-纱线储存（底部和顶部）

-筒子密度

-筒管颜色

-筒子直径

所有上述筒子疵点均能由图2所示的筒子检查仪毫无困难地进行识别。在用于络筒机时，由于筒子的高速旋转，意味着必须采用闪光照明装置和用作检测器的、具有图象处理装置的摄像机或采用具有相应快的信号处理装置的评价电路16。另外，必须注意的是，由一公共传感器15所监测的筒子4通常具有不同的直径。在接收器上进行筒子表面的成象时对此必须加以考虑。这可以通过具有足够大的焦点深度范围的传感器或具有自动对焦系统的传感器来实现。但实际上由于距离差别较大，只能考虑自动对焦系统。同时，自动对焦设定的信号能用作距离测量信号，并由此推导出筒子的直径。

兹对传感器15的几种实施例描述如下：

从图2可见，装在交叉卷绕筒子更换器5上的传感器15只能以一倾斜的角度对交叉卷绕筒子的特定部分，特别是它们的端面进行观察。为了保证在成象过程中在所观察表面上形成一均匀的图象清晰度，可譬如将公开的沙伊姆普夫卢格（Scheimpflug）原理应用于成象。

另外，图象的畸变必须予以补偿，这可通过传感元件的相应造形或通过计算来实现。后一种方法意味着检测器按一直线进行定标，而对此直线的偏离可通过计算来补偿。

因为图象处理是相当昂贵的，这种方法通常是不予考虑的，而是采用特殊的集成光学传感器，例如光-ASIC，这些传感器包括与问题相匹配的光学传感器，而且如果可能的话还可把评定电路或部分评定电路作为ASIC的一个集成部分，作为ASIC的一个集成部分当然能使评定电路16（图2）相应缩小。

图3a和3b概略地表示一种传感器，该传感器特别适用于检测筒子圆柱形表面上的叠绕（例如由于纱线从横动装置跳出所形成）、检测端面上的偏离、和测量端面和卷绕表面的曲率。在此传感器中，从光源18，例如一发光二极管（LED），有一道光隙17投射到被观察的表面上。如果此表面是一圆柱形表面，这道光隙17最好是与筒子轴平行地投射（按图3a的布置），如果此表面是一个端面，则光隙17应径向向筒子轴投射。

待检查的表面藉光隙在一传感器排19上形成图象，在此情况下照明与成象的方向必须不同。检测器排的各个元件对光线分布的旁向位移较为灵敏。一个一维的对位置灵敏的检测器（PSD）或按图3b的双楔式检测器都能用作传感器。后者包括许多双楔，其中的每对双楔都形成一检测元件。来自一检测元件的两个双楔的输出信号互相联接在一起，而且当光隙17的图象17′位于检测元件中部时，此互相联接的合成信号Va等于零、在偏离中心位置时，Va将与图象17′沿图3a和3b箭头所指方向的偏离成比例。

图3a和3b中所示的方法是一种测量距离用的变型三角测量法、真正的三角测量法如图4a所示。在此真正的三角测量方法中，并非光隙17投射在筒子的表面上，而是用一个针孔光圈20，也就是一个光点取代光隙17，投射平面是定向在筒子轴的方向。倾斜地投射到筒子表面上的光点在检测器19（二极管排、双楔、PSD）上形成图象，其中，图象的偏离也是衡量距离的标准。因为发光器18和检测器19是设在可沿箭头A的方向移动的筒子更换器5上，所以整个筒子表面在筒子更换器5的往复运动过程中能够被扫描。

筒子4圆柱形表面上的叠绕能通过图4b的高度轮廓测量法来检测。这种方法的一个先决条件是具有足够高的局部分辨力。与在周围以一厚度环的形式形成隆起的重叠层不同，叠绕疵点是以纱线轨道升高的形式出现的。当筒子旋转时，此隆起部分随筒子的旋转周期同步地上下起伏。当照射到筒子表面的光束击中此隆起部分时，光束撞击点在检测器上出现位移，其位移量为△X。在图3a和4b的结构设置中，当重叠层和叠绕疵点两者同时导致检测器19上的撞击光束发生位移时，重叠层与叠绕疵点的区别能通过对与时间和位置有关的信号的相应评价来识别。

图5a和5b表示脱圈或吊经检测的例子，这些吊经通常是拉直地处在端面上。在这里最好选用倾斜的或掠射的照明，以便通过投射一长的影子使吊经形成一鲜明的反差。由于交叉卷绕筒子4旋转的结果，信号是周期性地重复的。这可用来提高测量的可靠性，如果测量时间延长超过好几个转数的话。

端面的脱圈在一既可设置在中心以外（如图5a）又可设置在筒子轴的径向上（如图5b）的线性阵列传感器21上形成图象。线性阵列传感器中的各个元件包括极狭的光接收器，例如光二极管，其宽度相当于投影的宽度。所出现的吊经22，视其是否是拉直的（如图5b）或转弯的（如图5a），在每一转中恰好遮盖1～2个相当于吊经22与旋转中心的距离的光二极管一次或两次，此刻，在相应的检测器元件上出现清晰的信号，并能通过低于

值检测出吊经22。位于筒子端面影象外部的线性阵列传感器21在评价中不予考虑。通过多数线性阵列的连接在一定程度上可对准筒子直径。

图5a和5b的测量装置加以变化，可以不采用与筒子端面相比显得较小的线性阵列传感器，而采用一大面积的检测器，将其设置在一透明的LCD屏的后面，或使LCD屏在一较小的检测器上成象。在任何一种情况下，被倾斜地照亮的端面在LCD屏上成象，LCD屏譬如是一个没有背面镜的显示器，而且对该屏幕是这样控制的，即一次只有一个狭的线性阵列是透明的。该线性阵列横向地在屏幕上移动，对线性阵列每个位置的测量时间至少等于筒子旋转一转。这种安排的优点是，线性阵列的长度和宽度能用简单的方法进行编程，并且线性阵列的长度能同筒子尺寸进行最佳配合。

测量装置的另一种变型在于，可向待检查表面（筒子的圆柱面和/或端面）倾斜照射，并使其在平行于筒子轴设置的光二极管阵列上成象。由倾斜照射所形成的长的投影在光二极管的输出端产生一信号分布，由此能识别多种卷绕疵点。此方法虽不能识别所有的卷绕疵点，但很简单而且成本也低。另外，同上述所有的在线测量方法一样，它在测量结果的判断力方面大大超过了设在中央检查室内的现有系统。

所谓可变的外观是通过圆柱表面上纱线的颜色分析来测量的，既可用不同波长的光进行辅射并借一检测器对反射的光进行分析，也可用白色光来照射并利用具有不同滤色器的许多检测器对反射的光进行分析。还可能采用红外光或萤光辐射来进行工作，在任何情况下，每当筒子更换器通过时对每个筒子的颜色值进行测量和贮存，并同以前的测量进行对比，当两者的数值偏差超过一特定值时，就触发一报警系统。

当然筒子直径也能够测量，这可通过标准的方法，例如三角测量或自动对焦的校正信号来实现。

清纱系统与筒子监测系统共同配合工作的几个例子如下所述：

-在EP-A-0，401，600的图3中所述型式的清纱器测量头中，具有互相有间距设置的一个光学的和一个电容式的测量元件。它们具有在空间上分开的测量区。纱线速度可藉相关性方法来测量，从而在评价单元中存在一个建立在相关原理基础上的速度传感器。在络筒过程中纱线速度的波动较大（约30～50%），而在纱线跳出槽筒的横动装置而形成叠绕时，纱线速度几乎保持不变。速度传感器识别出这种不正常的速度现象，并可发出一叠绕报警信号。或者，速度传感器触发装在筒子更换器上的传感器，被触发的传感器对相关筒子的状况进行检查，并在情况属实时对叠绕报警予以确认。

-在上述用清纱器进行速度测量的情况下，纱线速度能在清纱器的评价单元中不断地被积分，在每次通过时，筒子更换器上的传感器对筒子直径进行测量。这两个信号在控制单元13（图2）中进行互相联系，从而得出整个筒子密度的轮廓趋势。

-在络筒部位上能测量各种速度，从这些速度可通过算法联系推导出对络筒过程的有关判断。这些速度主要是槽筒转速、槽筒上纱线的水平放置速度、由槽筒和纱线放置速度求得的纱线额定速度（在这方面可参阅US-A-5，074，480），以及由清纱系统的光学/电容测量头所确定的瞬时纱线速度。

为了改进络筒特性，络筒速度是不断变动的，这种在机上设定的变动称为叠绕成带。另外，通过槽筒的纱线放置还可形成一叠加的速度变化，使纱线瞬时速度按照不同频率而改变。这些频率是指通过叠线成带导至的速度变化频率和通过纱线布放导至的速度变化频率以及额定速度和瞬时速度的频率分量。络筒疵点能通过以上两个频率分量之间的比较来确定，然后能利用筒子检查系统更精确地确定合格与否。在频率范围内对速度的观察虽需很大的计算工作量，然而，用目前的技术辅助手段，例如数字信号处理器（DSP）是能够做到的，不成问题的。

-一种包括一个在WO-A-93/19359中描述型式的异质纤维传感器的清纱器能连续地对纱线的白度进行测量。一旦异质纤维传感器检测出偏差时，该传感器立即触发设在筒子更换器上的传感器，被触发的传感器检查纱线的颜色值或萤光，并决定是否废除相关的管纱。清纱器和筒子检查装置的这种结合的优点在于，在清纱器中，有限的、并因而不完全可靠的颜色识别判断，只能用作预选，而不能作为最终信号。这一例子说明，通过所述的在线筒子检查可大大辅助清纱器的工作效能和可靠性。

一般来说可以将清纱系统的传感设备和评价电路纳入筒子检查装置中作为在线的早期报警系统，并且筒子测试系统本身能对疵点进行精确的评定。

Claims (16)

1、用于检查纱线筒子卷绕质量的检查仪器具有一个传感器，该传感器具有一个用以把照亮纱线筒子部分表面的光源，一个用以把照亮部分在检测器上成象的装置，以及一个对检测器所产生信号的评定电路，其特征在于，具有许多上述型式的传感器(15)，分散地设置在纺纱机或络筒机上，并在筒子(4)生产过程中用于监测卷绕质量。

2、根据权利要求1的仪器，其特征在于，每个纺纱或络筒部位装有一个传感器（15）。

3、根据权利要求1的仪器，具有分别用于多个生产部位、把绕满的筒子取走的筒子更换器，其特征在于，传感器（15）装在筒子更换器（5）上，并以巡回传感器的形式分别配属于多个生产部位。

4、根据权利要求2或3的仪器，其特征在于，传感器（15）的光源（18）的设置使倾斜的或掠射的光照射到纱线筒子（4）的表面上。

5、根据权利要求4的仪器，其特征在于，纱线筒子（4）的表面由一光隙（17）照亮，而此光隙在检测器（19）上形成图象（17′）。

6、根据权利要求4的仪器，其特征在于，纱线筒子（4）的表面由一针孔光圈（20）以光点的形式照亮，并且此光点在检测器（19）上形成图象。

7、根据权利要求5或6的仪器，其特征在于，检测器（19）是由一传感器排组成，最好是由一双楔传感器组成。

8、根据权利要求5或6的仪器，其特征在于，检测器（19）是一种位置灵敏的检测器（PSD）。

9、根据权利要求4的仪器，其特征在于，为了检测吊经（22），筒子（4）端面上的径向脱圈在检测器（21）上成象，该检测器由线性阵列形式的光接收器构成或可以线性阵列形式进行照亮，线性阵列的宽度约相当于吊经的投影的宽度。

10、根据权利要求4的仪器，其特征在于，检测器（19）由与筒子（4）的轴平行设置的光二极管阵列组成。

11、权利要求1的仪器在设有电子清纱系统的络筒机或纺纱机上的应用，其特征在于，对来自卷绕质量检查仪和清纱系统（12、13、14）的信号在相互考虑的情况下进行评定，并建立两种装置之间的功能联系。

12、根据权利要求11的应用，其特征在于，由清纱系统（12、13、14）对纱线速度进行测量并对其波动进行检查，并且不正常的波动被判读为卷绕疵点证据，并最好触发仪器的配属传感器（15）以便检查卷绕质量。

13、根据权利要求12的应用，其特征在于，通过清纱系统（12、13、14）对纱线速度进行测量和不断积分，并通过卷绕质量检查仪对筒子（4）的直径进行测量，并且把两个测量值相互联系以获得筒子密度的分布状态。

14、根据权利要求11的应用，其特征在于，对瞬时纱线速度进行测量并通过光谱分析检查频率变化，并且在给定极限以外的频率分量被分类为卷绕疵点，并且，对疵点的判定是通过卷绕质量检查仪进行。

15、根据权利要求14的应用，其特征在于，采用数字信号处理器来进行光谱分析。

16、根据权利要求14或15的应用，其特征在于，除了测量瞬时纱线速度外，还测量其他速度，特别是驱动交叉卷绕筒子（4）的槽筒的转速和纱线布放速度，并且，对这些速度进行光谱分析。

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