CN111637999A - 一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法及装置，基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法为：(1)测量化纤长丝振动基础长度l、线密度ρ、抗弯刚度EI，设定卷绕筒拨叉移动长度a和卷绕筒拨叉移动速度v；(2)在线测量化纤长丝的一阶共振频率f；(3)依照依存公式计算化纤长丝张力S；基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置包括激光多普勒测振装置、主机数据处理系统和监控警示装置；激光多普勒测振装置包括激光多普勒测振发生器、信号处理装置、信号采集装置和吸光板；监控警示装置包括远程监控器和警示装置。本发明适用于纺丝过程张力的在线非接触式检测，检测工位选择灵活方便，不影响生产，检测精度高。

Description

一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法及装置
技术领域
本发明属于纺丝张力检测技术领域，涉及一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法及装置。
背景技术
化纤长丝张力是纺丝重要工艺参数，其数值的均匀性与染判密切相关，是纺丝纺况、产品品质稳定性的重要评价指标，准确并快速检测纺丝过程中化纤长丝张力是纺织工业生产中一项极具有现实意义的工作，是实现智能制造的数据基础。纺丝机机构结构复杂，机件的惯性力、摩擦阻力、风速、上油率、加热温度、牵伸比和卷绕速度都会影响化纤长丝张力。
传统接触式张力检测器损伤丝束，而且对化纤长丝的运行状态产生影响，不能真实反映化纤长丝张力及其变化，非接触张力检测手段CCD图像法已被关注，CN108796710A公开了一种非接触式纱线张力检测系统及方法，该方法利用线阵CCD传感器检测纱线的阴影大小变化获得纱线张力，但该方法应用于低速纱线张力检测，对于纺速达到5000m/min以上的化纤长丝，CCD图像法硬件成本过高，且难以实时捕捉化纤长丝运动信息，此方法难以适用。
发明内容
本发明提供一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法及装置，目的是解决现有技术存在的上述问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，包括以下步骤：
(1)测量化纤长丝振动基础长度l(m)、线密度ρ(dtex)、抗弯刚度EI(N.m2)，设定卷绕筒拨叉移动长度a(m)(其值不超过卷绕筒的长度)卷绕筒拨叉移动速度v(m/s)；
(2)在线测量化纤长丝的一阶共振频率f(Hz)；
(3)依照依存公式计算化纤长丝张力S(N)：
Figure BDA0002463290000000011
化纤长丝一阶共振频率与张力依存公式是根据弦的横向振动理论及化纤长丝的材料力学特性推导得到的，式中t为卷绕筒拨叉移动时间，单位s，当卷绕筒拨叉运行到端点位置即t＝a/v时，将t重新赋值为0，开始下一个周期计数，即时间重新从0开始计算。
作为优选的技术方案：
如上所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，所述在线测量化纤长丝的一阶共振频率f采用激光多普勒测振方式在线测量获得。
如上所述的一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，所述采用激光多普勒测振方式在线测量具体为：将激光多普勒测振装置的激光光束垂直于化纤长丝沿纺程运动方向，并使激光多普勒测振装置距离化纤长丝0.5～5m范围内，激光光束照射在罗拉输出端的化纤长丝后打在吸光板上。
如上所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，所述化纤长丝振动基础长度l为卷绕筒拨叉处于其自身往复行程的中间位置时化纤长丝在罗拉分离点与在卷绕筒拨叉接触点的距离；所述化纤长丝线密度ρ、所述化纤长丝抗弯刚度EI为在罗拉输出端在线截取化纤长丝后离线测得。
本发明还提供基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，包括激光多普勒测振装置、主机数据处理系统和监控警示装置；所述激光多普勒测振装置包括激光多普勒测振发生器、信号处理装置、信号采集装置和吸光板；所述监控警示装置包括远程监控器和警示装置，化纤长丝张力S通过远程监控器实时显示，化纤长丝张力S超出允许界限则警示装置工作报警；信号处理装置分别与激光多普勒测振发生器和信号采集装置通过BNC线连接，信号采集装置与主机数据处理系统通过USB线连接，主机数据处理系统分别与远程监控器和警示装置通过USB线连接；激光束照射正在被牵伸的化纤长丝后打在吸光板上，吸光板安放位置不影响正常纺丝；信号处理装置输出电信号，信号采集装置进行数据采集，主机数据处理系统将信号采集装置采集到的电信号转化为一阶共振频率f，利用张力S与一阶共振频率f之间依存公式进行计算并输出为张力值，通过远程监控器实时显示纺丝过程中化纤长丝张力变化信息。
作为优选的技术方案：
如上所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，所述激光多普勒测振装置还包括可调三脚架，激光多普勒测振发生器安装在可调三脚架上，从而可以灵活选择检测工位。
如上所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，吸光板的材质黑绒布。
如上所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，所述主机数据处理系统包括历史数据查询模块和报警信号输出模块，报警信号输出模块与警示装置连接，一旦张力波动幅值超出允许界限，警示装置工作。
本发明基于激光测振的方式非接触检测纺丝过程中化纤长丝的张力，检测系统不与化纤长丝有任何的接触，从而不会对纤维产生额外的压力和变形，可以明显地减少对化纤长丝运行过程中的影响；可以在纺丝机不间断工作的过程中，通过非接触的方式测量纺丝过程中的化纤张力值，比现有的接触式张力检测方式有着更高的精度。
随着纺丝速度不断提高，由于化纤长丝与接触式检测装置的机件摩擦特性的影响，张力会相应增加，从而导致纺织物的质量难以控制，而采用非接触式检测装置则不会出现这种情况。
本发明相对于其它非接触式的化纤长丝张力检测系统，激光多普勒检测方式具有高频、响应快、精度高的特点，可弥补CCD图像法无法检测纺速超5000m/min的化纤长丝张力的缺点。
有益效果：
(1)本发明的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，在检测过程中与化纤长丝没有任何的接触，从而不会对纤维产生额外的压力和变形，可以明显地减少对化纤长丝运行过程中的影响；
(2)本发明的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，检测工位选择灵活方便，不影响生产；
(3)本发明的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，激光多普勒检测方式具有高频、响应快、精度高的特点，可弥补CCD图像法无法检测纺速超5000m/min的化纤长丝张力的缺点。
附图说明
图1为本发明的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置结构示意图；
图2为化纤长丝张力S与一阶共振频率f的关系曲线图；
其中，1-化纤长丝，2-集束点，3-罗拉，4-卷绕筒拨叉，5-卷绕筒，6-可调三脚架，7-激光多普勒测振发生器，8-信号处理装置，9-信号采集装置，10-主机数据处理系统，11-远程监控器，12-警示装置，13-吸光板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，如图1所示，包括激光多普勒测振装置、主机数据处理系统10和监控警示装置；主机数据处理系统包括历史数据查询模块和报警信号输出模块；激光多普勒测振装置包括激光多普勒测振发生器7、信号处理装置8、信号采集装置9、黑绒布材质的吸光板13和用于安装激光多普勒测振发生器7的可调三脚架6；监控警示装置包括远程监控器11和警示装置12，化纤长丝张力S通过远程监控器11实时显示，化纤长丝张力S超出允许界限则警示装置12工作报警；信号处理装置8分别与激光多普勒测振发生器7和信号采集装置9通过BNC线连接，信号采集装置9与主机数据处理系统10通过USB线连接，主机数据处理系统10分别与远程监控器11和警示装置12通过USB线连接。
基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，步骤如下：
(1)对于纺速超5000m/min的化纤长丝张力检测，测量化纤长丝振动基础长度l、线密度ρ、抗弯刚度EI(化纤长丝振动基础长度l为卷绕筒拨叉4处于其自身往复行程的中间位置时化纤长丝在罗拉分离点与在卷绕筒拨叉接触点的距离，化纤长丝线密度ρ、化纤长丝抗弯刚度EI为在检测位置在线截取后离线测得)，设定卷绕筒拨叉移动长度a(其值不超过卷绕筒5的长度)和卷绕筒拨叉移动速度v；
(2)采用激光多普勒测振方式在线测量化纤长丝的一阶共振频率f，具体为：将激光多普勒测振装置的激光光束垂直于集束点2后的化纤长丝沿纺程运动方向，并使激光多普勒测振装置距离化纤长丝0.5～5m范围内，激光光束照射在罗拉输出端的化纤长丝后打在吸光板上；
(3)依照依存公式计算化纤长丝张力S：
Figure BDA0002463290000000041
式中，t为卷绕筒拨叉移动时间，当卷绕筒拨叉运行到端点位置即t＝a/v时，将t赋值为0，开始下一个周期计数；l、ρ、EI、a、v、f、S和t的单位分别为m、dtex、N.m2、m、m/s、Hz、N和s。
采用上述基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置进行检测的过程为：将激光多普勒测振发生器7固定到可调三脚架6上，检测点为罗拉3输出端的化纤长丝上，打开激光多普勒测振发生器7，激光光束垂直于化纤长丝1沿纺程运动方向，并使激光多普勒测振发生器7距离化纤长丝1在0.5～5m范围内，激光束照射正在被牵伸的化纤长丝打在吸光板13上，信号处理装置8将反馈的干涉微弱光信号转变调制为可用电信号，并通过信号采集装置9将电信号传输给主机数据处理系统10进行分析处理得到一阶共振频率f，并利用上述张力S与一阶共振频率f之间依存公式计算化纤长丝1的张力值，远程监控器11实时显示张力信息，一旦张力波动幅值超出允许界限，警示装置12工作。
具体对线密度44D/48f的聚酯复丝施加0.49N张力，所涉参数t＝|a/2v|，化纤长丝振动基础长度l为0.6m，抗弯刚度EI为4.88×10-9N·m2，所测一阶共振频率f为88.38Hz。
图2为44D/48f聚酯复丝在同样参数下，所测一阶共振频率f与化纤长丝张力S的对应关系曲线图。

Claims (8)

1.基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，其特征是包括以下步骤：
(1)测量化纤长丝振动基础长度l、线密度ρ、抗弯刚度EI，设定卷绕筒拨叉移动长度a和卷绕筒拨叉移动速度v；
(2)在线测量化纤长丝的一阶共振频率f；
(3)依照依存公式计算化纤长丝张力S：
Figure FDA0002463289990000011
式中，t为卷绕筒拨叉移动时间，当卷绕筒拨叉运行到端点位置即t＝a/v时，将t重新赋值为0，开始下一个周期计数；l、ρ、EI、a、v、f、S和t的单位分别为m、dtex、N·m2、m、m/s、Hz、N和s。
2.根据权利要求1所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，其特征在于，所述在线测量化纤长丝的一阶共振频率f采用激光多普勒测振方式在线测量获得。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，其特征在于，所述采用激光多普勒测振方式在线测量具体为：将激光多普勒测振装置的激光光束垂直于化纤长丝沿纺程运动方向，并使激光多普勒测振装置距离化纤长丝0.5～5m范围内，激光光束照射在罗拉输出端的化纤长丝后打在吸光板上。
4.根据权利要求1所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测方法，其特征在于，所述化纤长丝振动基础长度l为卷绕筒拨叉处于其自身往复行程的中间位置时化纤长丝在罗拉分离点与在卷绕筒拨叉接触点的距离；所述化纤长丝线密度ρ、所述化纤长丝抗弯刚度EI为在检测位置在线截取后离线测得。
5.基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，其特征是：包括激光多普勒测振装置、主机数据处理系统和监控警示装置；所述激光多普勒测振装置包括激光多普勒测振发生器、信号处理装置、信号采集装置和吸光板；所述监控警示装置包括远程监控器和警示装置，化纤长丝张力S通过远程监控器实时显示，化纤长丝张力S超出允许界限则警示装置工作报警；信号处理装置分别与激光多普勒测振发生器和信号采集装置通过BNC线连接，信号采集装置与主机数据处理系统通过USB线连接，主机数据处理系统分别与远程监控器和警示装置通过USB线连接。
6.根据权利要求5所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，其特征在于，所述激光多普勒测振装置还包括可调三脚架，激光多普勒测振发生器安装在可调三脚架上。
7.根据权利要求5所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，其特征在于，吸光板的材质为黑绒布。
8.根据权利要求5所述的基于激光测振的化纤长丝张力在线检测装置，其特征在于，所述主机数据处理系统包括历史数据查询模块和报警信号输出模块，报警信号输出模块与警示装置连接。
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