CN1172838C - 细丝张力和细丝长度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细丝张力和细丝长度控制器，它包括：传感装置，用于在尾部边缘通过应变仪来监测细丝张力；放大装置，用于对传感装置的输出进行放大；细丝长度测量装置，用于测量细丝长度，该细丝长度是通过对输出信号进行相互比较，根据相变以脉冲形式输出的，其中的输出信号因三相马达中的相差的缘故通过一比较仪被区分，并通过转动来感应出磁力；显示装置，用于在屏幕上显示出工作状况；驱动装置，用于利用无油的金属轴承的小尺寸的无刷马达来把细丝张力保持为一个期望值；切割装置，用于切割细丝；通信装置，用于把通过通信协议测得的细丝张力变化和工作状况传送给一中央系统，并存储这些数据；控制装置，用于输出控制信号，以便根据细丝张力变化来使细丝张力保持恒定不变。本发明的优点有：通过细丝张力传感器直接监测细丝张力，从而精确地控制细丝张力，并且利用使用了无油金属轴承的小尺寸的无刷马达来延长使用寿命，以及利用双向通信来确保远程诊断和控制。

Description

细丝张力和细丝长度控制器

技术领域

本发明总体上涉及一种细丝(thread)张力和细丝长度控制器，具体地说是涉及这样一种细丝张力和细丝长度控制器，即它利用细丝传感器直接监测细丝张力，从而能精确地控制细丝张力，并且利用无油金属轴承的小尺寸无刷马达，从而能延长使用寿命，以及利用双向通信来确保进行远程诊断和控制。

背景技术

总地来说，用于纺织织物的纺织机包括一个用于扭转细丝的细丝扭转器和一个利用细丝扭转器准备纺织过程的用于卷绕细丝的卷绕器。

在卷绕器中，利用弹簧的弹性的细丝张力控制器被安装在一辊上，以便使细丝张力保持为一恒定不变的值，并且用于在计算出卷绕在每根轴上的细丝的总长度之后，当卷绕在每根轴上的细丝被判断为达到了预定长度时切断细丝。在这个时候，如果细丝的细丝张力不是恒定不变的，那么，卷绕在轴上的实际的细丝长度就会相互之间不同。由于在完成最后的工作之后应把剩余细丝除去，因此，对于卷绕器来说，细丝张力控制器的功能是非常重要的。

传统的细丝张力控制器监测出细丝输入速度，并利用弹簧的弹性使该速度保持恒定不变，从而使细丝张力保持恒定不变。

然而，传统的细丝张力控制器的一个缺陷在于：它不能精确控制细丝张力，这是由于它不是直接监测细丝张力，而是通过监测速度并使速度保持不变来控制细丝张力。

传统的细丝张力控制器的另一个缺陷在于：它需要一个单独的细丝张力测量装置来直接测量细丝张力。甚至在新安装了细丝张力测量装置之后，细丝张力仍然会发生变化，这是由于这种细丝张力测量装置在结构上被设计成通过弹簧的弹性来改变细丝相互之间的相交的角度，从而保持细丝张力。

传统的细丝张力控制器的另外一个缺陷在于：它的使用寿命很短，这是由于在高速状态下，在速度变化的过程中会产生磨擦热，而且由于它采用了滚珠轴承的马达来控制细丝的输送。

传统的细丝张力控制器的另一个缺陷在于：它不能进行设备的诊断，这是由于它只能通过单向通信来进行设定。

然而，目前仍然未研制出能克服前面提到的缺陷的一种有效且适当的细丝张力控制器。因此，急切需要研制出一种有效且适当的细丝张力控制器。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供这样一种细丝张力和细丝长度控制器，它通过细丝张力传感器直接监测细丝张力，从而能精确控制细丝张力，并且利用无油金属轴承的小尺寸无刷马达，从而能延长使用寿命，并且通过利用双向通信来确保远程的诊断和控制。

本发明的另一个目的是提供这样一种细丝张力和细丝长度控制器，当通过滚动滑轮的前边缘处的预紧器上的细丝相交，从而对马达进行控制以便使细丝张力变化保持恒定不变时，这种控制器能用作细丝的减振器，并且能具有足够的弹性以防止受到过大的张力。

为了实现上述目的，根据本发明提供了一种细丝张力和细丝长度控制器，这种控制器包括：传感装置，用于在尾部边缘通过应变仪来监测细丝张力；放大装置，用于对传感装置的输出进行放大；细丝长度测量装置，用于测量细丝长度，该细丝长度是通过对输出信号进行相互比较，根据相变以脉冲形式输出的，其中的输出信号因三相马达中的相差的缘故通过一比较仪被区分开，并通过转动来感应出磁力；显示装置，用于在屏幕上显示出工作状况；驱动装置，用于利用无油的金属轴承的小尺寸的无刷马达来把细丝张力保持为一个期望值；切割装置，用于切割细丝；通信装置，用于把通过通信协议测得的细丝张力变化和工作状况传送给一中央系统，并存储这些数据；控制装置，用于输出控制信号，以便根据细丝张力变化来使细丝张力保持恒定不变。

附图说明

从下面的详细描述，并结合附图，就能更全面地理解本发明的其它发明目的和优点，在这些附图中：

图1是表示根据本发明一实施例的细丝张力和细丝长度控制器的方框图；

图2是根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的斜侧视图；

图3是根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的平面图；

图4是根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的侧视图；

图5是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的主要部件的结构图；

图6是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的细丝导向件结构的示意图；

图7是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的滑轮和马达结构的示意图；

图8是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的传感部件的结构示意图；

图9是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器应变仪的布置示意图；

图10是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的输入中央处理器的波形信号示意图；

图11是表示根据本发明这个实施例的细丝张力和细丝长度控制器的经中央处理器过滤的波形信号示意图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本发明的一些优选实施例。尽管参照某个优选实施例来描述和表示本发明，但是本领域普通技术人员都会知道，在形式和细节方面可以对本发明作出各种各样的改变，但均未脱离本发明的构思和范围，本发明的范围是由所附的权利要求来限定的。

如图1至图5所示，根据本发明一优选实施例的一种细丝张力和细丝长度控制器包括：一传感部件10，用于在拖尾边缘监测细丝张力；一放大部件20，用于把传感部件10的输出进行放大；一键盘输入部件30，由使用者输入命令和数据；一电角度部件(electrical angle part)40，用于测量细丝长度，通过把输出信号进行相互比较，根据相变以一种脉冲形式来输出细丝长度，其中的输出信号被区分，这是由于在马达的三相中的相差的缘故，通过一比较仪并由于转动而感应出一磁力；一显示驱动部件，用于操作一显示器60；该显示器60用于在屏幕上显示工作状况；专用的控制比较仪70，用于把输入的PWM信号与输出的100KHz以上的PWM信号进行合成，并将它传送到一驱动器90，并驱动安装在传感器前边的马达，以便控制细丝传入速度，用于对专用的控制比较仪70的输出进行放大的放大器，驱动器90用于使细丝张力保持为一期望值，一切割驱动部件100，用于驱动一切割部件110，该切割部件用于对细丝进行切割，一通信转换器120，用于设定一个值及检测一状况，即通过系统的双向通信协议以自动检测卷绕器的强力变化并把所测得的细丝张力变化和工作状况传送到中央系统，以便存储这些数据，一中央处理器130，用于根据细丝张力来计算出一控制量，并把这个控制量转换成待输出的PWM信号。

下面将描述根据本发明优选实施例的具有上述构造的细丝张力和细丝长度控制器的操作情况。

首先，传感部件10利用应变仪来实际地测出细丝张力，并把该细丝张力转换成待输出的电信号。放大部件20对由传感部件10所输出的信号进行放大，并将其输出到中央处理器130。

如图8所示，传感部件被构造成在一板簧两侧均具有应变仪16，如果细丝张力发生变化，那么，受到细丝张力作用的板簧15就会发生移动。于是，由应变仪16输出的电流会被改变，从而可以对细丝张力进行监测。也就是说，通过能对作用在细丝上的作用力的微小位移进行监测的板簧15和应变仪16，传感部件10能直接监测出因细丝输入速度的微小变化所导致的细丝张力的变化。

如图9所示，在电路中，应变仪16被构造成具有两个参照电阻14，并具有电桥形式。相对于通常的利用四个应变仪的荷载传感器测量方法而言，本发明能利用两个应变仪，并被连接成电桥形式来监测微小位移，这样就确保了最大的迟延时间20微秒(usec)内的足够快的灵敏度。

放大部件20通过一个模拟/数字转换器把由传感部件10监测到的细丝张力转换成数字信号，并把该待输出的数字信号进行放大，以便使中央处理器130能把该数字信号识别为细丝张力值。

如图10所示，在通过放大部件20从传感部件10输入到中央处理器130的信号中，由于因织机的操作而产生振动变为输入的三倍细丝张力变化，因此，利用一种软件技术，即一种中间过滤器方法，中央处理器130能把正常的细丝张力信号与因机器振动所产生的噪音信号区分开，从而把噪音除去，并选取出正常的细丝张力信号，这可从图11中最清楚地看出。中央处理器130利用了一个在100KHz的高PWN频率被驱动的专用处理器，从而能获得在高速情况下30毫秒(msec)的灵敏度。

在监测到测得的细丝张力之后，中央处理器130计算出给定的细丝张力值与测得的细丝张力值之间的差，并导致驱动器90内的马达操作，并使其进入一种期望的操作，从而，马达的转动力的变化能改变细丝张力的变化，这由于产生力矩。

至于马达，如图7所示，采用一种三相感应马达，在这种马达中，一滑轮97与一马达轴91相连，由于线圈和磁铁的磁力中的相变而产生转动作用力，从而使马达轴能转动。由于滑轮97被构造成使细丝通过该滑轮的周边线，从而，通过改变马达的转动作用力，中央处理器130保持或改变通过滑轮97的细丝张力。

象上面那样，被用于保持细丝张力的三相感应马达是一种无刷型的。为了在长时间使用期间延长寿命，对高速时的速度变化作出响应，马达防止因生热而缩短寿命，利用无油金属轴承92代替滚珠轴承，并把无油金属轴承92和马达轴91加工成使其误差保持在±3×10-6米内，从而防止由于力矩变化而产生的热量，这是由于通过一再生器和一P-P电流限制，通过一过载限制所产生的热量散发。马达的允许误差在3微米(micron)之内，以便使马达轴91带动10-40Kg的滑轮97。

与传统的利用弹簧的弹性的细丝张力控制方法不同，本发明在适当地调节在马达转动后测得的细丝张力和使细丝通过滑轮97的马达的转动力，并利用马达改变滑轮97转动的惯性力，从而使细丝的张力保持恒定不变。换句话说，中央处理器130调节马达的转动力和由传感部件10获得的测量值之间的平衡，以便根据给定的细丝张力来保持细丝张力，并改变与调节的平衡值相对应的马达转动力。

由于细丝张力由滑轮97来控制，因此，本发明就另外安装一预紧器95，该预紧器95与细丝的通路多于两次地相交，以便减小因细丝张力变化引起的细丝长度的变化，以及减小因用于细丝张力的马达之间的马达转动力的变化引起的细丝长度的变化。由于预紧器95的一臂吸收了通过板簧传递给细丝的具有一特定力的振动，预紧器95防止细丝和滑轮97在滑轮97的表面上空转，并通过提供使马达保持细丝张力所需的位移来使磨擦力能保持恒定不变。其中所需的位移在输入侧是变化的。

此外，在滑轮97的表面上采用一发送处理，并且在滑轮97的表面上还采用一氧化膜处理。以便减小由于细丝在滑轮97上滑动而产生的细丝长度误差。之后，利用DLC(类金刚石碳)(Diamond Like Carbon)蒸发，来解决因滑轮97的表面上的磨擦引起的缩短寿命的问题。在这个时候，把铝加工成小于3毫米的厚度，以便减小因转动的惯性力引起的响应延迟，并且在氧化膜加工处理和DLC蒸发处理期间，采用小于200度的低温蒸发，以便减小变形。

中央处理器130测量细丝长度，并命令切割驱动部件100驱动切割部件110，把细丝切割一个恒定不变的长度。中央处理器130利用因马达的相位移而输出的一种输出脉冲来测量细丝长度。也就是说，中央处理器130通过监测滑轮97的多次转动来测量细丝长度，其中的滑轮97与马达轴91相连接，在马达相位移期间输出脉冲。在这种情况下，通常利用变极器的相位控制方法来驱动三相感应马达。

中央处理器130利用控制细丝张力的马达来控制这些细丝，使这些细丝在马达被制动的同时被切断，从而防止因转动的惯性力使细丝自由转动而被缠绕，这种缠绕在完成操作时会产生一些麻烦。

通过安装一用于细丝输送的瓷导向件111，并把一切割刀安装到该导向件111上，从而利用切割部件110来切割细丝。在切割细丝的过程中，为了能稳定地进行切割细丝，中央处理器130对马达进行控制，该马达附着在传感器(censor)的前边缘，以便在这样一种状态下对细丝进行切割，即，在这种状态中，绕线轴和马达之间的细丝张力具有很高的值，并且制动马达，细丝通过马达来使滑轮97的连续操作停止，从而防止细丝又被缠绕在滑轮97上。

在操作期间，中央处理器130利用通信转换器120来控制连接和去除，该中央处理器130允许由自动识别通信协议来进行自动设定和操作。传统技术中只允许通过单向通信来进行设定。然而，本发明能定期性地读取和存储每个节点的状况，并利用双向通信来指令和确认这种状况，以及通过这种双向通信来自动诊断和识别设备的状况。

中央处理器130使得使用者能通过键盘输入部件30来输入或控制数据，并且还能使使用者对在操作期间所形成的结果进行确认，通过控制显示驱动部件50来驱动显示器60，以便表示出结果。

本发明通过一外部单电源利用一DC-DC转换装置提供了+5V，+12V和+24V的电力，并通过控制电流损失来使最大电流不超过1A。

制造一个框架，从而把盒内的部件固定到该框架上，以便消除因微小振动造成的检查器(censor)的不良操作。ABS树脂和用于消除弹性的溶液被混合在一起，以便截获有害的无线电波，防止由电磁波引起的设备的不良操作，并且可以利用一种特定的漆来保持塑料材料的强度。

工业实用性

如上所述，本发明的一个优点是：通过传感器监测由细丝输入速度变化而产生的细丝张力变化，并根据监测到的细丝变化来调节细丝张力，以便基本避免造成细丝张力变化的外部因素所导致的问题，从而确保生产出高质量的纺织品。

本发明的另一个优点是：通过遥控使得能对整个细丝张力进行控制，从而能对产品质量进行管理，其中，细丝张力每个工作过程都被监测，并且利用中央控制系统来控制所监测到的细丝张力，从而在操作过程期间，使细丝张力保持恒定不变。

本发明的另外一个优点是：利用标准化的细丝张力，并精确地控制适合于纺织品特性的细丝张力以建立工作基础。

本发明的另一个优点是：利用尺寸小输出高的马达来测量机器不能控制的微小的细丝张力变化，从而稳定了细丝的张力，并且输入侧根据细丝张力变化来保持稳定的细丝张力，并且通过控制微处理器来控制细丝张力，从而减小了一些不良操作，并且把测得的细丝张力和细丝输入速度传送给主系统，并对这些数据进行存储和保持。

本发明的另外一个优点是：确保了生产的高质量，它是这样来实现的，利用因在纺织机器内芯轴输入细丝的速度变化所引起的细丝张力变化来进行工作，在卷绕过程中产生稳定的细丝张力，通过对细丝张力进行优良地控制，提高了产品的质量。

本发明的另一个优点是：能通过网络通信来进行设定和工作控制，并且通过彻底控制不良的操作建立了防止不良操作的基础，而且还能与应用程序进行附加连接，并且能通过中央系统进行控制和管理。

本发明的另外一个优点是：根据任意的细丝张力的模式布置，通过改变细丝张力能在特定的纺织过程来改变要被执行的连续的细丝张力。

Claims (6)

1.一种细丝张力和细丝长度控制器，包括：

传感装置，用于监测细丝张力；

放大装置，用于对传感装置的输出进行放大；

显示装置，用于在屏幕上显示出工作状况；

驱动装置，用于使细丝张力保持为一个期望值；

切割装置，用于切割细丝；

控制装置，用于输出控制信号，以便根据细丝张力变化来使细丝张力保持恒定不变；

其特征在于所述控制器还包括：

细丝长度测量装置，用于测量细丝长度，该细丝长度是根据相变并通过对输出信号进行相互比较以脉冲形式输出的，其中的输出信号因三相马达中的相差的缘故通过一比较仪被分开，并通过转动来感应出磁力；

通信装置，用于把通过通信协议测得的细丝张力变化和工作状况传送给一中央系统，并存储这些数据；

其中所述传感装置在尾部边缘通过应变仪来监测细丝张力，并且所述驱动装置使用具有无油金属轴承的小尺寸无刷马达。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，小尺寸的无刷马达被加工成使无油的金属轴承和一马达轴的误差被保持在±3×10^-6米之内。

3.根据权利要求1所述的控制器，其中，在小尺寸的无刷马达中，在滑轮的表面上采用一发送处理，以便减小因细丝在滑轮上滑动所引起的细丝长度误差，并且在该滑轮表面上采用一氧化膜处理，以便加强铝表面，然后进行类金刚石碳蒸发。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中，应变仪的数目为两个，并且在电路中与两个参照电阻构成电桥形状。

5.根据权利要求1所述的控制器，其中，控制装置对细丝进行控制，使细丝在马达被制动的同时被切断，以便防止因转动的惯性力造成自由转动从而使细丝发生缠绕，这种缠绕会在操作完成时产生麻烦。

6.根据权利要求1所述的控制器，其中，通信装置定期性地读取和存储每个节点的状况，并命令和确认这种状况，以及通过双向通信自动地诊断和识别这种状况。

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