CN113620119B - 一种纱管数量检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纱管数量检测系统及其方法，解决了常规加弹机设备需要人工不断巡查纱管数量，造成成本高、易存在失误会影响产量等弊端，其技术方案要点是包括有导轨槽、光电传感器、控制器、MCU，还包括有电源模块、存储模块、按键、输出模块、指示模块；光电传感器包括有激光发射器与光电二极管，控制器获取发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差计算获取检测物与光电传感器的距离信息；MCU根据接收的距离信息判断纱管数量，指示模块进行指示，本发明的一种纱管数量检测系统及其方法，通过光电传感器及MCU进行距离检测，可准确计算识别出纱筒数量，并可快速进行指示，将人工巡检方式升级为自动化检测，更加便捷智能化。

Description

一种纱管数量检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种纱管数量检测系统及其方法。

背景技术

近年来智能制造深入人心，化纤行业劳动力已经出现不足，用工成本不断上升，自动化装备的投入使用比例不断加大。因此，对生产过程信息收集，显得尤为重要。常规加弹机设备上备用有2～3个纱管，当绕丝纱管满卷之后，自动切换至备用的纱管继续绕丝。工人需要不断巡查备用纱管的数量，当出现纱管数量不足时，需要装入纱管。工人的大部分时间都用在不断巡查上。当纱管不能及时的补充，可能导致卷绕停机，进而影响了产量。

发明内容

本发明的目的是提供一种纱管数量检测系统及其方法，通过光电传感器及MCU进行距离检测，可准确计算识别出纱筒数量，并可快速进行指示，将人工巡检方式升级为自动化检测，更加便捷智能化。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种纱管数量检测系统，包括有供纱管放置的导轨槽、安装于导轨槽的后端进行距离检测的光电传感器、耦接于光电传感器的控制器、耦接于控制器的MCU，还包括有耦接于MCU的电源模块、存储模块、按键、输出模块、指示模块；

所述光电传感器包括有响应于控制器以发射光脉冲的激光发射器、接收被检测物反射的光脉冲以传输接收信号至控制器的光电二极管，所述控制器获取发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差计算获取检测物与光电传感器的距离信息；

所述MCU根据接收的距离信息判断导轨槽处纱管数量，所述指示模块对纱管数量进行指示。

作为优选，所述存储模块存储有对距离信息进行误偏差补偿的距离补偿值，所述MCU接收获取距离补偿值。

作为优选，还包括有对输出模块进行短路保护的短路保护模块，所述短路保护模块耦接于输出模块及MCU，当短路保护模块检测到有输出模块的电流大于设定电流值时，输出短路信号至MCU；所述MCU响应于短路信号并输出关闭信号以关闭输出模块。

作为优选，所述MCU对输出的关闭信号设定有延时时长，当关闭输出模块的时长超出延时时长时，所述MCU重新启动输出模块，所述短路保护模块实时检测反馈。

作为优选，所述输出模块包括有两个输出模块，所述MCU接收两个输出模块的输出信号，所述指示模块包括有对应响应于两个输出信号的两个指示灯；所述MCU响应于输出信号采用二进制编码形成四个信号进行传输。

作为优选，所述光电传感器的光线检测区域为椭圆形。

一种纱管数量检测方法，包括有以下步骤：

通过按键手动控制进行标定，同时进行距离补偿，并将补偿值存储至存储模块；

MCU输出检测信号，控制器触发激光发射器产生光脉冲进行一次检测，光电二极管接收被检测物反射的光脉冲并传输至控制器；

控制器根据发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差，计算获取检测物与光电传感器的距离值；

MCU根据计算获取的距离值同时读取存储模块的补偿值，对计算获取的距离值进行距离补偿后判断纱管的数量，输出并通过指示模块进行纱管数量的指示。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过光电传感器可对导轨槽上放置的纱管之间的距离进行检测，并且通过控制器及MCU可快速的进行转换计算，以实现自动化对纱管数量的检测和上报，并可进行实时指示，能减少人工的巡查，使用智能化，通过MCU的上报，能便于对纱管的管理。

附图说明

图1为纱管放置时检测结构示意图；

图2为本系统各模块之间的连接关系框图；

图3为光电传感器的检测区域光线设定示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种纱管数量检测系统，如图1及图2所示，包括有导轨槽、光电传感器、控制器、MCU。纱管放置于导轨槽内，导轨槽的前端对最前端的纱管进行限位固定，在导轨槽靠近末端的位置一侧安装光电传感器，光电传感器朝向前侧的纱管。

光电传感器包括有用于发射激光脉冲信号的激光发射器、用于接收光脉冲的光电二极管，激光发射器为红外激光发射器VSCEL IR，在控制器的触发控制下向纱管一侧发射光脉冲，光电二极管接收光信号经过检测物反射后的光信号，并将接收到光脉冲的接收信号输出至控制器，光电二极管优选采用SPAD，为单光子雪崩二极管。

如图3所示，光电传感器的光线检测区域设定为椭圆形。产品安装在导轨槽内部，内部空间狭小。产品将IR光线重新配光，设计成椭圆型检测区域。在纱筒检测范围内光线不会投射至导轨槽上，避免了将支撑架误认为是纱筒。椭圆型检测区域，可将绝大部分光信号投射至纱筒上，提高信号利用率。如不进行检测区域的设计，当没有纱筒时，IR的光信号投射至其他背景物上。特别是检测距离值大于1个纱筒的距离，可能会误判断。光线不会投射至支撑架上。在没有纱管时，光线投射至后面的背景物上，此时的检测值大于1个纱管的距离和纱管直径之和。通过距离判断，可识别出纱筒。

控制器controller根据控制光电传感器的发射和接收光脉冲信号的相位的时间差可计算出检测物object与光电传感器的距离信息。光电传感器还包括有耦接于控制器与激光发射器之间用于触发控制的驱动器driver，还包括有耦接于光电二极管和控制器之间对光电二极管接收的接收信号进行放大的运算放大器OP。导轨槽前端可固定纱管1位置，传感器的位置安装后，两者之间的距离是固定。通过检测纱管的距离，实现纱管数量的判断。

控制器耦接于MCU，用于接收MCU发送的控制信号，并将计算获取的距离信息传输至MCU。还包括有耦接于MCU的电源模块power、存储模块EEPROM、按键key、指示模块light、两个输出模块output1与output2，以及短路保护模块short protect。

控制器也耦接于电源模块，通过电源模块为控制器及MCU进行供电。通过按键，MCU可进行标定，并且将获取的误偏差存储至存储模块以便进行误差的补偿，根据纱管尺寸，结合标定及误差补偿，MCU接收控制器传输的距离信息，可对导轨槽处的纱管数量进行判断，并输出至两个输出模块。

两个输出模块响应于MCU，并通过高低电平的形式输出，MCU采用二进制编码进而在两个输出模块的高低电平信号下，可形成四个信号输出，可实现对0-3个纱管的数量检测输出及上报。指示模块包括有对应于两个输出模块的指示灯，以通过指示灯的明暗进行指示。

短路保护模块设定有输出模块的设定电流值，当检测到输出模块的电流超过设定电流值时，短路保护模块判断输出模块短路，进而输出短路信号至MCU，MCU响应于短路信号输出关闭信号对输出模块进行切断关闭控制。MCU输出的关闭信号设定有一定延时时长，在设定时长内，控制输出模块关闭，到达延时时长时，输出模块再次工作。若短路保护模块仍检测到电流超出设定电流值，则再次输出短路信号，重复上述短路保护处理，如此循环，避免产品输出短路时损坏。指示模块有2个指示灯，在进入短路保护模式后，其中一个指示灯闪烁。工作正常模式时，指示模块中有2个指示灯与2路输出分别对应，当对应输出模块输出高电平时，对应的指示灯亮，反之，对应的指示灯灭。

采用时间飞行法测距技术进行纱管位置的检测，无论纱管颜色为白色、黑色、蓝色等，检测距离值基本不受影响。如图2所示，由controller控制Driver，Driver驱动VCSEL IR产生调制光的光脉冲。光脉冲被检测物遮挡产生反射，SPAD接收到信号，经OP放大后的信号至controller，并计算发射的光脉冲和接收光脉冲相位的时间差。由于光在空气中的速度已知的，即可计算出光程，进而算出产品与检测的距离。

MCU与Controller之间采用IIC通讯。Controller将距离信息通过IIC接口传输至MCU。当MCU识别到KEY按键按下的信号，可进入标定模式，进行距离补偿。包括安装误差、导轨槽偏差、器件一致性偏差等，并将补偿值存入EEPROM中。标定成功后的产品，每次上电从EEPROM读出补偿值进行距离补偿，减少偏差值。MCU将补偿后的距离值进行运算处理，根据距离值判断出纱筒的数量。为了提高检测距离的精确度，采用了去掉极大值和极小值后平均滤波算法。经MCU运算和判断后，控制OUTPUT1、OUTPUT2输出电平，OUTPUT1、OUTPUT2电平与真值表如下。

MCU进行各类信号的接收、处理及对各模块的控制，通过MCU实时进行对应信号的上报，通过外置接入的管理系统，可实时的对纱管的数量情况进行掌控，以便于对纱管的补充管理。

根据一个或多个实施例，公开了一种纱管数量检测方法，包括有以下步骤：

通过按键手动控制进行标定，同时进行距离补偿，并将补偿值存储至存储模块；

MCU输出检测信号，控制器触发激光发射器产生光脉冲进行一次检测，光电二极管接收被检测物反射的光脉冲并传输至控制器；

控制器根据发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差，计算获取检测物与光电传感器的距离值；

MCU根据计算获取的距离值同时读取存储模块的补偿值，对计算获取的距离值进行距离补偿后判断纱筒的数量，输出并通过指示模块进行纱筒数量的指示。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种纱管数量检测系统，其特征是：包括有供纱管放置的导轨槽、安装于导轨槽的后端进行距离检测的光电传感器、耦接于光电传感器的控制器、耦接于控制器的MCU，还包括有耦接于MCU的电源模块、存储模块、按键、输出模块、指示模块；

所述光电传感器包括有响应于控制器以发射光脉冲的激光发射器、接收被检测物反射的光脉冲以传输接收信号至控制器的光电二极管，所述控制器获取发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差计算获取检测物与光电传感器的距离信息；

所述MCU根据接收的距离信息判断导轨槽处纱管数量，所述指示模块对纱管数量进行指示；

所述输出模块设置有两个，所述MCU接收两个输出模块的输出信号，所述指示模块包括有两个指示灯，分别一一对应于两个输出模块；所述MCU响应于输出信号采用二进制编码形成四个信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的纱管数量检测系统，其特征是：所述存储模块存储有对距离信息进行误偏差补偿的距离补偿值，所述MCU接收获取距离补偿值。

3.根据权利要求1所述的纱管数量检测系统，其特征是：还包括有对输出模块进行短路保护的短路保护模块，所述短路保护模块耦接于输出模块及MCU，当短路保护模块检测到有输出模块的电流大于设定电流值时，输出短路信号至MCU；所述MCU响应于短路信号并输出关闭信号以关闭输出模块。

4.根据权利要求3所述的纱管数量检测系统，其特征是：所述MCU对输出的关闭信号设定有延时时长，当关闭输出模块的时长超出延时时长时，所述MCU重新启动输出模块，所述短路保护模块实时检测反馈。

5.根据权利要求1所述的纱管数量检测系统，其特征是：所述光电传感器的光线检测区域为椭圆形。

6.一种纱管数量检测方法，其特征是，包括有以下步骤：

通过按键手动控制进行标定，同时进行距离补偿，并将补偿值存储至存储模块；

MCU输出检测信号，控制器触发激光发射器产生光脉冲进行一次检测，光电二极管接收被检测物反射的光脉冲并传输至控制器；

控制器根据发射光脉冲和接收光脉冲相位的时间差，计算获取检测物与光电传感器的距离值；

MCU根据计算获取的距离值同时读取存储模块的补偿值，对计算获取的距离值进行距离补偿后判断纱管的数量，输出并通过指示模块进行纱管数量的指示。

Images