CN115046671A - 一种纱线张力检测方法及装置 - Google Patents

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CN115046671A CN202210371459.7A CN202210371459A CN115046671A CN 115046671 A CN115046671 A CN 115046671A CN 202210371459 A CN202210371459 A CN 202210371459A CN 115046671 A CN115046671 A CN 115046671A
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彭来湖
李杨
汝欣
郑秋扬
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Zhejiang Sci Tech University ZSTU
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Longgang Research Institute Of Zhejiang University Of Technology Co ltd
Zhejiang Sci Tech University ZSTU
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Abstract

本发明公开了一种纱线张力检测方法及装置，包括：基于激光位移传感器实时测量运动纱线的横向振动位移信号；对横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；实时测量运动纱线的运动速度；基于纱线的第一阶振动频率和运动速度，计算出纱线的实时张力。本发明的检测方法与纱线无接触，能够高效、准确的检测出运动纱线任意位置处张力，检测的便利度和灵活度显著提高。

Description

一种纱线张力检测方法及装置
技术领域
本发明涉及纺织系统技术领域，具体涉及一种纱线张力检测方法及装置。
背景技术
在纺织品生产过程中，纱线张力对产品质量、生产效率和后续加工的顺利进行具有关键性因素。张力过大，纱线容易产生应力松弛和蠕变，甚至断裂；张力过小时，影响产品质量。因此，人们对纱线张力的检测和控制一直十分关注。目前，纺织设备的机速在不断提高，纱线张力波动越大，需要更为精确的来确保纱线张力的稳定，从而对纱线的张力检测提出了更高的要求，在运动纱线的任意位置实现张力的测量。
现有技术对纺织生产过程中纱线张力检测大多为接触式张力检测，接触式纱线张力检测分为：电容式、电磁感应式、电阻应变式等方法，上述方法为纱线与力传感器作用转化为电信号实现纱线张力的测量，实现上述方法的装置存在寿命短、附加摩擦力大、纱线容易断头、信号不稳定等问题，使用过程中故障率较高；同时接触式纱线张力测量，也会对纱线自身动力学行为产生影响。
目前也提出了多种非接触式张力检测方法，如利用CCD等技术进行纱线张力的测量，但这种方法需要建立复杂的数学模型，处置效率偏低。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种纱线张力检测方法及装置，其通过激光位移传感器测量纱线第一阶振动频率，以实现纱线张力的测量。
本发明公开了一种纱线张力检测方法，包括：
基于激光位移传感器实时测量运动纱线的横向振动位移信号；
对所述横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；
实时测量运动纱线的运动速度；
基于纱线的第一阶振动频率和运动速度，计算出纱线的实时张力；其中，
Figure BDA0003588758460000021
式中，f1为纱线的第一阶振动频率，V为纱线的运动速度，F为纱线的张力，α和β为预设系数。
作为本发明的进一步改进，所述横向振动位移信号的处理，包括：
对所述横向振动位移信号进行A/D转换和小波变换，得到纱线的横向振动频率；
对纱线的横向振动频率进行卡尔曼滤波，去除外部干扰频率且保留纱线自由振动频率，得到纱线的第一阶振动频率。
作为本发明的进一步改进，纱线的运动速度V为：
Figure BDA0003588758460000022
式中，r为罗拉半径，M为一个测量周期内伺服电机的脉冲次数，C为由伺服电机参数确定的常数，T0为伺服电机测量M次脉冲所用的时间，n为伺服电机到送纱罗拉的传动比。
作为本发明的进一步改进，还包括：
对纱线的实时张力进行记录和显示。
本发明还公开了一种纱线张力检测装置，包括：激光位移传感器、送纱罗拉、伺服电机和信号处理器；
所述激光位移传感器布置在垂直于纱线轴向的上方，用于实时测量运动纱线的横向振动位移信号；所述纱线布设在所述送纱罗拉上，所述送纱罗拉与所述伺服电机传动连接；
所述信号处理器与所述激光位移传感器和伺服电机相连，用于：
对所述横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；
基于伺服电机参数实时测量运动纱线的运动速度；
基于纱线的第一阶振动频率和运动速度，计算出纱线的实时张力；其中，
Figure BDA0003588758460000023
式中，f1为纱线的第一阶振动频率，V为纱线的运动速度，F为纱线的张力，α和β为预设系数。
作为本发明的进一步改进，所述横向振动位移信号的处理，包括：
对所述横向振动位移信号进行A/D转换和小波变换，得到纱线的横向振动频率；
对纱线的横向振动频率进行卡尔曼滤波，去除外部干扰频率且保留纱线自由振动频率，得到纱线的第一阶振动频率。
作为本发明的进一步改进，纱线的运动速度V为：
Figure BDA0003588758460000031
式中，r为罗拉半径，M为一个测量周期内伺服电机的脉冲次数，C为由伺服电机参数确定的常数，T0为伺服电机测量M次脉冲所用的时间，n为伺服电机到送纱罗拉的传动比。
作为本发明的进一步改进，还包括：
显示模块，用于对纱线的实时张力进行记录和显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于通过激光位移传感器测量纱线第一阶振动频率，基于纱线的第一阶振动频率以及运动速度计算出纱线的实时张力；上述检测方法与纱线无接触，能够高效、准确的检测出运动纱线任意位置处张力，检测的便利度和灵活度显著提高；
本发明对纱线的第一阶振动频率、运动速度和张力的算法进行优化处理，不仅能在检测纱线张力的过程中实现纱线传输速度的测量，并且比现有张力测量方法精度更高；
本发明检测装置元件少、可实现模块化，同时结合本发明的算法，适用于线类输送应用场合。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的纱线张力检测方法的流程图；
图2位本发明一种实施例公开的纱线张力检测装置的示意图。
图中：
1、激光位移传感器；2、送纱罗拉；3、伺服电机；4、信号处理器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种纱线张力检测方法，该检测方法基于如图2所示的检测装置实现检测，该检测装置包括：激光位移传感器1、送纱罗拉；2、伺服电机3和信号处理器4；其中，
针对运动纱线，将激光位移传感器1布置在垂直于纱线轴向的上方，即激光位移传感器1的测量头垂直于纱线轴线，并且测量位置于该纱线运动轴线的中间位置；纱线布设在送纱罗拉2上，送纱罗拉2与伺服电机3传动连接，伺服电机3带动送纱罗拉2实现纱线的运动；信号处理器4与激光位移传感器1和伺服电机3相连，用于接收激光位移传感器1和伺服电机3采集的信号。
如图1所示，该检测方法，包括：
步骤1、激光位移传感器1实时测量运动纱线的横向振动位移信号；
步骤2、信号处理器4对同步采集的横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；
具体包括：
对横向振动位移信号进行A/D转换和小波变换，得到对应纱线的横向振动频率；对纱线的横向振动频率进行卡尔曼滤波，去除外部干扰频率且保留纱线自由振动频率，得到纱线的第一阶振动频率f1。
步骤3、信号处理器4基于同步采集的伺服电机参数，实时测量运动纱线的运动速度；其中，
纱线的运动速度V为：
Figure BDA0003588758460000041
式中，r为罗拉半径，M为一个测量周期内伺服电机的脉冲次数，C为由伺服电机参数确定的常数，T0为伺服电机测量M次脉冲所用的时间，n为伺服电机到送纱罗拉的传动比。
步骤4、基于纱线的第一阶振动频率f1和运动速度V，计算出纱线的实时张力F：
Figure BDA0003588758460000051
式中，f1为纱线的第一阶振动频率，V为纱线的运动速度，F为纱线的张力，α和β为预设系数，其根据纱线的物理参数设定；
进一步，纱线的实时张力的计算公式是在测量前拟合获得，即：根据纱线的物理参数，可通过人机交互界面输入以下参数，包括纱线长度L、线密度、横截面、弹性模量、泊松比等；通过数据拟合获得纱线张力、横向振动频率和运动速度之间的关系。
步骤5、对纱线的实时张力进行记录、显示或控制。
本发明的优点为：
本发明基于通过激光位移传感器测量纱线第一阶振动频率，基于纱线的第一阶振动频率以及运动速度计算出纱线的实时张力；上述检测方法与纱线无接触，能够高效、准确的检测出运动纱线任意位置处张力，检测的便利度和灵活度显著提高；
本发明对纱线的第一阶振动频率、运动速度和张力的算法进行优化处理，不仅能在检测纱线张力的过程中实现纱线传输速度的测量，并且比现有张力测量方法精度更高；
本发明检测装置元件少、可实现模块化，同时结合本发明的算法，适用于线类输送应用场合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纱线张力检测方法，其特征在于，包括：
基于激光位移传感器实时测量运动纱线的横向振动位移信号；
对所述横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；
实时测量运动纱线的运动速度；
基于纱线的第一阶振动频率和运动速度，计算出纱线的实时张力；其中，
Figure FDA0003588758450000011
式中，f1为纱线的第一阶振动频率，V为纱线的运动速度，F为纱线的张力，α和β为预设系数。
2.如权利要求1所述的纱线张力检测方法，其特征在于，所述横向振动位移信号的处理，包括：
对所述横向振动位移信号进行A/D转换和小波变换，得到纱线的横向振动频率；
对纱线的横向振动频率进行卡尔曼滤波，去除外部干扰频率且保留纱线自由振动频率，得到纱线的第一阶振动频率。
3.如权利要求1所述的纱线张力检测方法，其特征在于，纱线的运动速度V为：
Figure FDA0003588758450000012
式中，r为罗拉半径，M为一个测量周期内伺服电机的脉冲次数，C为由伺服电机参数确定的常数，T0为伺服电机测量M次脉冲所用的时间，n为伺服电机到送纱罗拉的传动比。
4.如权利要求1所述的纱线张力检测方法，其特征在于，还包括：
对纱线的实时张力进行记录和显示。
5.一种纱线张力检测装置，其特征在于，包括：激光位移传感器、送纱罗拉、伺服电机和信号处理器；
所述激光位移传感器布置在垂直于纱线轴向的上方，用于实时测量运动纱线的横向振动位移信号；所述纱线布设在所述送纱罗拉上，所述送纱罗拉与所述伺服电机传动连接；
所述信号处理器与所述激光位移传感器和伺服电机相连，用于：
对所述横向振动位移信号进行处理，得到纱线的第一阶振动频率；
基于伺服电机参数实时测量运动纱线的运动速度；
基于纱线的第一阶振动频率和运动速度，计算出纱线的实时张力；其中，
Figure FDA0003588758450000021
式中，f1为纱线的第一阶振动频率，V为纱线的运动速度，F为纱线的张力，α和β为预设系数。
6.如权利要求5所述的纱线张力检测装置，其特征在于，所述横向振动位移信号的处理，包括：
对所述横向振动位移信号进行A/D转换和小波变换，得到纱线的横向振动频率；
对纱线的横向振动频率进行卡尔曼滤波，去除外部干扰频率且保留纱线自由振动频率，得到纱线的第一阶振动频率。
7.如权利要求5所述的纱线张力检测装置，其特征在于，纱线的运动速度V为：
Figure FDA0003588758450000022
式中，r为罗拉半径，M为一个测量周期内伺服电机的脉冲次数，C为由伺服电机参数确定的常数，T0为伺服电机测量M次脉冲所用的时间，n为伺服电机到送纱罗拉的传动比。
8.如权利要求5所述的纱线张力检测装置，其特征在于，还包括：
显示模块，用于对纱线的实时张力进行记录和显示。
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