CN1299959A - 纺纱动态张力、捻度非接触测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式在线测量纺纱动态张力和捻度的装置,它能测量纺纱过程中纱线的动态张力和捻度、测量已纺纱线的捻度,它简单可靠,易于安装。本发明还提供了测量纺纱动态张力、捻度及捻度分布的非接触方法以及测量已纺纱线的捻度的非接触测量方法,这些方法易于实现,测量精度高。本发明可广泛用于纺纱生产的自动化、智能化。

Description

纺纱动态张力、捻度非接触测量装置及其测量方法

本发明涉及一种纺纱张力、捻度测量装置及其测量方法，具体地讲涉及一种纺纱工艺的细纱过程中纱线动态张力、捻度的测量装置及其测量方法，以及测量已纺纱线的捻度的方法。

公知纺纱张力的测量方法，目前均是接触式测量方法，即让纱线绕过测试棒，在纱线张力作用下，测试棒产生微动，从而引起测试电路中电容量或电阻或电压的变化，该信号的变化经处理即可表示纱线张力的变化，经标定处理，即可测知纱线张力的大小。例如，目前大量使用的瑞士产R-3192型电子纱线张力仪(Switzerland Rothschild：Electronic Tensionmeter R-3192)采用的就是接触式测量方法。这一方法的主要缺陷是：测量时纱线需绕过测试棒，与正常工作时纱线的运动状态不符，因而测出的纱线张力与正常纺纱时纱线的实际张力有出入；测试棒需固定在机架上的纺纱区，安装不方便，因而不便于在生产现场使用。

公知纱线捻度测量方法目前均是取一段已纺好的纱线进行计数测量，具体有退捻法、人工计数法等。这些方法一是测量精度不够高，操做费时费力，二是只能测量已纺好的纱线的捻度，无法测量纺纱过程中纱线的动态捻度。例如山东莱州电子仪器有限公司的Y331L型数字式纱线捻度仪、上海宝鼎电子公司的YG-331AⅡ型纱线捻度仪等均是基于退捻法来进行测量。

本发明的目的之一在于提供一种非接触式在线测量纺纱动态张力和捻度的装置，它能测量纺纱过程中纱线的动态张力和捻度、测量已纺纱线的捻度，它简单可靠，易于安装；本发明的目的之二在于提供一种测量纺纱动态张力和捻度的方法以及测量已纺纱线的捻度的非接触测量方法，这些方法易于实现，测量精度高。

本发明目的的实现方式是：一种纺纱动态张力、捻度非接触测量装置：它由打印机1、监视器2、计算机3、装置的箱体4、CCD摄象头9、测量钢领板位移的位移传感器11、测量钢丝圈转速的转速传感器14、测量纺纱机前罗拉转速的转速传感器18、夹持纱线的夹持架22、夹持架底板24、图象卡、单片集成数据采集器组成。

CCD摄象头9选用索尼XC-77CCD摄象头，该摄象头适合工业应用，经过冲击、振动等系列试验，其分辨率570TVL，测量时镜物距30-60cm可调；图象卡采用Coreco公司Oculus-F/64图象卡，它直接插在计算机3的主板的扩展槽中；集成数据采集器采用SDM857型单片集成数据采集器；计算机3可采用工业PC586及以上工业计算机；监视器2可采用松下BM1900黑白监视器；测气圈高度的位移传感器11采用TDZ-1D型差动电感式线位移传感器；转速传感器14、转速传感器18均采用SZGB-5型光电转速传感器。频闪光源装置21是半自动测量纺纱动态捻度时的附加装置，频闪光源装置采用SGS-1型高速摄影闪光仪；夹持纱线的夹持架22、夹持架22的底板24是用本发明所述方法测量已纺纱线的捻度时的附加装置，用以夹持被测量的纱线。

CCD摄象头9的作用是摄取纱线或纱线气圈的动态或静态图象(摄动态图象时拍摄频率可据需要调节)，并转变成视频信号；位移传感器11的作用是测量气圈的瞬时高度；转速传感器14的作用是测量钢丝圈转速；转速传感器18的作用是测量前罗拉转速；图象卡的功能是实时采集被测纱线或纱线气圈的视频信号，并进行A/D转换，存在存储通道中，由计算机调用和处理，采集卡D/A转换部分自动将图象实时显示在监视器上；集成数据采集器的功能是对各传感器采集的信号进行放大、采样保持、A/D转换，并输入计算机中；计算机的功能是对数字信号进行处理，按图12、图13、图14所示框图编制的程序进行分析计算，得出纱线气圈上的纱线张力和捻度，或任意纱线上的捻度；打印机1用以根据需要打印测量结果。

CCD摄象头9自带信号输出线，输出被测图象的视频信号，此信号输出线插入图象卡的视频输入插孔；图象卡插入计算机主板上PCI扩展槽内，图象卡输出的数字信号通过PCI数据线与计算机CPU相连；图象卡还有一视频信号输出端，监视器2自带的信号输入线插入图象卡视频信号输出端的插孔内；位移传感器11、转速传感器14、18的信号输出线与集成数据采集器的输入端相连；集成数据采集器通过数据线与计算机I/O接口相连；打印机1通过数据线与计算机的打印接口相连；纺纱机中央控制系统通过数据线与计算机的I/O接口相连。

CCD摄象头9也可自带支架，计算机3、监视器2、打印机1独立安装于箱体4内，从而使本测量装置成为可移动的便携式装置，方便地测量纺纱机上任意一个锭子处的纺纱张力。如图8所示，此时CCD摄象头9在其自带支架的支撑下，置于被测纱线气圈前；带有计算机3、监视器2、打印机1的箱体4则可置于任意方便的地方。

CCD摄象头9可安装于纺纱机机架上，计算机3、监视器2、打印机1及装置箱体4安装于纺纱机电气控制柜17内，从而使本装置成为纺纱机的一个子系统。

CCD摄象头9可安装于夹持架底板24上，用以测量已纺纱线的捻度。

测量纺纱动态张力、动态捻度时，CCD摄象头9安装于纺纱机机架或钢领板靠近纺纱机电器控制柜17的一端上，它到被测纱线气圈的距离在20～60cm范围内可调；计算机3、监视器2、打印机1、装置箱体4安装于纺纱机电器控制柜17内；位移传感器11安装于导纱钩支承板10与钢领板15或导纱钩支承板10与气圈控制环7之间(有气圈控制环时)，且位于CCD摄象头9的右侧(当纺纱机电器控制柜17在机器右侧时)，比CCD摄象头9更靠近纺纱机电器控制柜17；测量钢丝圈13的转速的传感器14用螺钉安装于钢领板15上，其安装位置应保证检测头对准钢丝圈13，并与钢丝圈保持1cm左右的间距；测量前罗拉8的转速的传感器18安装于靠近纺纱机电器控制柜的墙板上，测量盘19安装于前罗拉上靠近纺纱机电器控制柜17的一端，转速传感器18的检测头与测量盘19之间保持6～10mm的间距。

半自动测量纺纱动态捻度及其分布的频闪光源装置21，在其自带支架的支撑下置于被测纱线气圈的前方。

上述测量过程中涉及到的导纱钩5、纱线6、气圈控制环7、前罗拉8、导纱钩支承板10、钢领板15、钢丝圈13、纺纱锭子及纱线卷装12、隔纱板16、电器控制柜17、主墙板20，均是一般正常纺纱时所需的另部件，在用本发明装置及方法测量纺纱动态张力、动态捻度时，这些另部件均安装于一般正常纺纱时所在的位置。

在用本发明装置及方法测量已纺纱线捻度时，夹持纱线的夹持架22共有2个，在夹持架底板上左右各装一个，二者距离可在10～50cm范围内根据需要选用；被测的已纺纱线23被2个夹持架22夹持住；CCD摄象头9安装于被测已纺纱线23的前方中间位置，它到被测已纺纱线的距离在20～50cm范围内可调。

一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置自动测量纺纱动态张力的方法：

纺纱过程中，纺纱张力与纱线气圈形态几何参数之间存在函数关系，如果测得纺纱时气圈的几何参数，即可算出此时纱线的张力，具体计算公式有两种：①P=T(ω/λ)²[1+0.5(λr_m)²] ② P=Tω²[πcos(α₀/2)/(2λKcosα₀)]²。上面式中：λ=[arcsin(r_k/r_m)]/h， $K={\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}{(1-k^2{\sin }^2\mathrm{\φ})}^{-1/2}\mathrm{d\φ},$ $k=\sqrt{\left({1-\cos \mathrm{\α}}_0\right)/\left({1+\cos \mathrm{\α}}_0\right)}$ ：T-纱线线密度(kg/m)，ω-纱线气圈角速度(l/s)，r_k-钢领半径(m)，r_m-气圈最大半径(m)，h-气圈高度(m)，α₀-气圈半顶角(弧度)。气圈形态及其主要几何参数如图3、4所示。具体步骤如下：

1、CCD摄象头9摄取纺纱过程中纱线气圈的图象，此图象信息经图象卡处理后存入计算机，也可直接显示在监视器上；转速传感器14检测钢丝圈角速度，即纱线气圈的角速度ω；位移传感器11安装于导纱钩支承板与钢领板或导纱钩支承板与气圈控制环之间(有气圈控制环时)，以测量瞬时气圈高度h；传感器的信息经集成数据采集器存入计算机。

2、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：气圈图象高度h₀、最大半径r_m ⁰、半顶角α₀ ⁰。

3、进行标定实验，即：任给一实际气圈高度值，量出其图象上的气圈高度值，按下式计算当量系数D₁=实际气圈高度值/图象上的气圈高度值。

4、据标定实验测得的当量系数及气圈图象特征参数，即可测知此时纱线气圈的实际几何参数：气圈最大半径r_m=D₁r_m ⁰、气圈高度h=D₁h₀，气圈半顶角α₀=α₀ ⁰，气圈高度h也可由线位移传感器直接测出；再据此气圈几何参数及上述公式即可算出此时纱线张力。

5、测出的张力值信号可以打印输出，也可由数据线送至纺纱机中央控制系统，使其根据张力值的大小调节纺纱工艺参数；该时刻之纱线气圈图象及张力大小的波形也可输送直一监示器，用以观察他们的变化情况，供操作者设计或调节纺纱工艺参数时参考。

测量装置安装完毕，只需进行一次标定，测量过程即可自动进行。

一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置自动测量纺纱动态捻度的方法：

1、转速传感器18装于纺纱机前罗拉上，以测取前罗拉转速n_d(转/分)，则纱线纵向运动速度v=πn_dD(米/分)，其中D是前罗拉直径(米)；转速传感器14装于钢领板上，以测取钢丝圈的转速n(转/分)。

2、转速传感器14和转速传感器18的测量信号经集成数据采集器输入计算机中，计算机按下述公式自动计算出该时刻纱线捻度：t_w=n/v=n/(πn_dD)(捻/米)。

3、结果显示在显示屏上，或打印输出。

一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置半自动测量纺纱动态捻度及其分布的方法：

1、频闪光源照射纱线气圈，并使频闪光源的频率等于锭子回转的频率(转/秒)，用肉眼观察此时纱线气圈上的纱线应是静止的(不旋转)。

2、此时用CCD摄象头摄取纱线图象，此图象信息经图象卡存入计算机；转速传感器14检测纲丝圈转速，此信息经数据采集器存入计算机。

3、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：捻回数N、纱线气圈高度h₀、纱线图象长度L₀、纱线图象直径d₀。

4、进行标定实验，即：任给一实际气圈高度值(导纱钩至钢丝圈的垂直距离)，量出其图象上的气圈高度值，按下式计算当量系数D₁=实际气圈高度值/图象上的气圈高度值。

5、按下面方法计算纱线气圈实际几何参数：气圈最大半径r_m=D₁r_m ⁰、气圈高度h=D₁h₀，再计算气圈上纱线实际长度L=h+0.25hr_mλh[r_mλ+0.5(r_m/h)sin(2λh)]，再据此计算纱线实际捻度t_w、实际直径d：t_w=N/L,d=D₁d₀。

6、结果显示在显示屏上，或打印输出。

测量装置安装完毕，只需进行一次标定，测量过程即可自动进行。

一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置测已纺纱线捻度、直径的方法：

1、将待测纱线安装于夹持架上，拉紧绷直纱线，注意纱线不可拉得过紧或过松。

2、CCD摄像头摄取纱线图象，此图象信息经图象卡存入计算机。

3、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：捻回数N、纱线图象长度L₀、纱线图象直径d₀。

4、进行标定实验，即：任给一实际纱线长度值，量出其图象上的纱线长度值，按下式计算当量系数D₂=实际纱线长度值/图象上的纱线长度值。

5、按下面方法计算纱线实际捻度t_w、实际直径d：t_w=N/(D₂L₀),d=D₂d₀。

6、结果显示在显示屏上，或打印输出。

因测量装置可以移动，每次测量前均进行一次标定。

本发明的有益效果如下：

本发明所述纺纱动态张力、捻度非接触测量装置简单可靠，易于安装。本发明所述方法测量纺纱动态张力、动态捻度(自动测量及半自动测量)的具体测量装置既可安装于纺纱机机架上，也可独立做成便携式，以测量任意纺纱机的纺纱张力和动态捻度。

纺纱张力是纺纱过程中的重要工艺参数，纺纱张力的大小与纺纱质量、纱线断纱率等有直接关系，生产上必须严格控制纺纱张力，而首先必须准确测量出瞬时张力。如前所述传统的接触式纺纱张力测量方法难以在生产现场采用，且与实际张力大小有出入。本发明之非接触测量装置则可方便地用于测量生产现场的纺纱张力，数据可传输至细纱机的计算机控制系统，使其根据张力的大小来适时调整纺纱工艺参数，因而本发明可广泛用于纺纱生产的自动化、智能化。

用本发明所述方法测量纺纱动态张力，纱线无需与传感器直接接触，纱线无附加摩擦损伤，测量出的纱线张力及其波动规律是其真实值，测量装置不会给纱线张力及其变化规律带来附加影响；测量方法简单可靠，测量精度高。

用本发明所述方法测量纺纱动态捻度(自动测量及半自动测量)，纱线无需与传感器接触，纱线无附加摩擦损伤，测量方便、易行、测量精度高。

用本发明所述方法测量已纺纱线捻度，纱线无需退捻，纱线不会因此而受到损伤，测量过程快，测量装置易于小型化。

下面结合各附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明测试装置的外形图。

图2是本发明测试装置中计算机、传感器的连接示意图。

图3是本发明涉及的纺纱过程中不采用气圈控制环时的纱线气圈形态。

图4是本发明涉及的纺纱过程采用气圈控制环时的纱线气圈形态。

图5是用本发明装置及其方法自动测量纺纱动态张力、动态捻度的纵向示意图。

图6是用本发明装置及其方法自动测量纺纱动态张力、动态捻度的横向示意图。

图7是测量前罗拉转速的传感器的安装示意图。

图8是本发明测量纺纱动态张力、动态捻度的便携式装置中CCD摄象头自带支架时的安装示意图。

图9是频闪光源装置安装示意图。

图10是测量已纺纱线捻度时的夹纱架的主视图。

图11是图10的俯视图。

图12是本发明自动测量纺纱动态张力、动态捻度的程序框图。

图13是本发明半自动测量纺纱动态捻度及其分布的程序框图。

图14是本发明测量已纺纱线捻度、直径的程序框图。

上述诸图中，1为本发明测量装置中的打印机，2为监视器，3为计算机，4为装置箱体、5为导纱钩，6为被测纱线，7为气圈控制环，8为纺纱机的前罗拉，9为CCD摄象头，10为导纱钩支承板，11为测量钢领板位移的位移传感器，12为纺纱锭子及纱线卷装，13为纺纱机的钢丝圈，14为为测量钢丝圈转速的转速传感器，15为钢领板，16为纺纱机隔纱板，17为纺纱机电气控制柜，18为测量纺纱机前罗拉转速的转速传感器，19为安装于前罗拉上的测量盘，20为纺纱机主墙板，21为频闪光源装置，22为夹持纱线的夹持架，23为安装于夹持架22上的被测的已纺纱线，24为安装夹持架22的底板。

纺纱动态张力、捻度非接触测量装置：它由打印机1、监视器2、计算机3、装置箱体4、CCD摄象头9、测量钢领板位移的位移传感器11、测量钢丝圈转速的转速传感器14、测量纺纱机前罗拉转速的转速传感器18、夹持纱线的夹持架22、夹持架底板24、图象卡、单片集成数据采集器组成。

附加装置：频闪光源装置21。

CCD摄象头9选用索尼XC-77CCD摄象头，该摄象头适合工业应用，经过冲击、振动等系列试验，其分辨率570TVL，测量时镜物距30-60cm可调；图象卡采用Coreco公司Oculus-F/64图象卡，它直接插在计算机3的主板的扩展槽中；集成数据采集器采用SDM857型单片集成数据采集器；计算机3可采用工业PC586及以上工业计算机：监视器2可采用松下BM1900黑白监视器；测气圈高度的位移传感器11采用TDZ-1D型差动电感式线位移传感器；转速传感器14、转速传感器18均采用SZGB-5型光电转速传感器。频闪光源21是半自动测量纺纱动态捻度时的附加装置，频闪光源装置采用SGS-1型高速摄影闪光仪；图10、图11是用本发明所述方法测量已纺纱线的捻度时的附加装置，用以夹持被测量的纱线。

如图1、图2、图5、图10、图11所示装置中：CCD摄象头9的作用是摄取纱线或纱线气圈的动态或静态图象(摄动态图象时拍摄频率可据需要调节)，并转变成视频信号；位移传感器11的作用是测量气圈的瞬时高度；转速传感器14的作用是测量钢丝圈转速；转速传感器18的作用是测量前罗拉转速；图象卡的功能是实时采集被测纱线或纱线气圈的视频信号，并进行A/D转换，存在存储通道中，由计算机调用和处理，采集卡D/A转换部分自动将图象实时显示在监视器上；集成数据采集器的功能是对各传感器采集的信号进行放大、采样保持、A/D转换，并输入计算机中；计算机的功能是对数字信号进行处理，按图12、图13、图14所示框图编制的程序进行分析计算，得出纱线气圈上的纱线张力和捻度，或任意纱线上的捻度；打印机1用以根据需要打印测量结果。

如图2所示，CCD摄象头9自带信号输出线，输出被测图象的视频信号，此信号输出线插入图象卡的视频输入插孔；图象卡插入计算机主板上PCI扩展槽内，图象卡输出的数字信号通过PCI数据线与计算机CPU相连；图象卡还有一视频信号输出端，监视器2自带的信号输入线插入图象卡视频信号输出端的插孔内；位移传感器11、转速传感器14、18的信号输出线与集成数据采集器的输入端相连；集成数据采集器通过数据线与计算机I/O接口相连；打印机1通过数据线与计算机的打印接口相连；纺纱机中央控制系统通过数据线与计算机的I/O接口相连。

CCD摄象头9也可自带支架，计算机3、监视器2、打印机1独立安装于箱体4内，如图1所示，从而使本测量装置成为可移动的便携式装置，方便地测量纺纱机上任意一个锭子处的纺纱张力和捻度。如图8所示，此时CCD摄象头9在其自带支架的支撑下，置于被测纱线气圈前；装有计算机3、监视器2、打印机1的箱体4则可置于任意方便的地方。

CCD摄象头9可安装于纺纱机机架上，计算机3、监视器2、打印机1及装置箱体4安装于纺纱机电气控制柜17内，从而使本装置成为纺纱机的一个子系统。

CCD摄象头9可安装于夹持架底板24上，用以测量已纺纱线的捻度。

测量纺纱动态张力、动态捻度时，CCD摄象头9安装于纺纱机机架或钢领板靠近纺纱机电器控制柜的一端上，它到被测纱线气圈的距离在20～60cm范围内可调；计算机3、监视器2安装于纺纱机电器控制柜17内；位移传感器11安装于导纱钩支承板10与钢领板15或导纱钩支承板10与气圈控制环7之间(有气圈控制环时)，且位于CCD摄象头9的右侧(当纺纱机电器控制柜17在机器右侧时)，比CCD摄象头9更靠近纺纱机电器控制柜17；测量钢丝圈13的转速的传感器14用螺钉安装于钢领板15上，其安装位置应保证检测头对准钢丝圈13，并与钢丝圈保持1cm左右的间距；测量前罗拉8的转速的传感器18安装于靠近纺纱机电器控制柜17的墙板上，测量盘19安装于前罗拉上靠近纺纱机电器控制柜17的一端，转速传感器18的检测头与测量盘19之间保持6～10mm的间距。

如图9所示，半自动测量纺纱动态捻度及其分布的频闪光源装置21，在其自带支架的支撑下置于被测纱线气圈的前方。

上述测量过程中涉及到的导纱钩5、纱线6、气圈控制环7、前罗拉8、导纱钩支承板10、钢领板15、钢丝圈13、纺纱锭子及纱线卷装12、隔纱板16、纺纱机墙板10、电器控制柜17、主墙板20，均是一般正常纺纱时所需的另部件，在用本发明装置及方法测量纺纱动态张力、动态捻度时，这些另部件均安装于一般正常纺纱时所在的位置。

在用本发明装置及方法测量已纺纱线捻度时，夹持纱线的夹持架22共有2个，在夹持架底板24上左右各装一个，二者距离可在10～50cm范围内根据需要选用；被测的已纺纱线23被2个夹持架22夹持住；CCD摄象头9安装于被测已纺纱线23的前方中间位置，它到被测已纺纱线的距离在20～50cm范围内可调。

实施例1-测量纺纱动态张力。计算公式有两种：①P=T(ω/λ)²[1+0.5(λr_m)²]②P=Tω²[πcos(α₀/2)/(2λKcosα₀)]²。上面式中：λ=[arcsin(r_k/r_m)]/h, $K={\∫}_0^{\mathrm{\π}/2}{(1-k^2{\sin }^2\mathrm{\φ})}^{-1/2}\mathrm{d\φ},$ $k=\sqrt{\left({1-\cos \mathrm{\α}}_0\right)/\left({1+\cos \mathrm{\α}}_0\right)}$ ：T-纱线线密度(kg/m)，ω-纱线气圈角速度(l/s)，r_k-钢领半径(m)，r_m-气圈最大半径(m)，h-气圈高度(m)，α₀-气圈半顶角(弧度)。气圈形态及其主要几何参数如图3、4所示。具体步骤如下：

1、CCD摄象头9摄取纺纱过程中纱线气圈的图象，此图象信息经图象卡处理后存入计算机，也可直接显示在监视器上；转速传感器14检测钢丝圈角速度，即纱线气圈的角速度ω；位移传感器11安装于导纱钩支承板与钢领板或导纱钩支承板与气圈控制环之间(有气圈控制环时)，以测量瞬时气圈高度h；传感器的信息经集成数据采集器存入计算机。

2、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：气圈图象高度h₀、最大半径r_m ⁰、半顶角α₀ ⁰。

3、进行标定实验，即：任给一实际气圈高度值，量出其图象上的气圈高度值，按下式计算当量系数D₁=实际气圈高度值/图象上的气圈高度值。

4、根据标定实验测得的当量系数及气圈图象特征参数，即可测知此时纱线气圈的实际几何参数：气圈最大半径r_m=D₁r_m ⁰、气圈高度h=D₁h₀，气圈半顶角α₀=α₀ ⁰，气圈高度h也可由线位移传感器直接测出；再据此气圈几何参数及上述公式即可算出此时纱线张力。

5、测出的张力值信号可以打印输出，也可由数据线送至纺纱机中央控制系统，使其根据张力值的大小调节纺纱工艺参数；该时刻之纱线气圈图象及张力大小的波形也可输送直一监示器，用以观察他们的变化情况，供操作者设计或调节纺纱工艺参数时参考。

测量装置安装完毕，只需进行一次标定，测量过程即可自动进行。

FA506细纱机上纺25tex棉纱，用本发明装置CCD摄象头摄取某瞬时纱线气圈的形态，此纱线气圈形态的图象信息用本发明的方法处理，得到此纱线气圈的高度h=0.2m，最大半径r_m=0.031m，转速传感器14测得钢丝圈回转角速度(即纱线气圈的回转角速度)ω=942弧度/秒，已知纱线线密度T=25tex=2.5×10^-5kg/m，钢领半径r_k=0.0225m，经本发明的方法即可计算得出此时的纱线气圈张力P=0.224N，此张力值可以打印输出，也可显示于监视器上，也可输送至纺纱机中央控制器。

实施例2-用本发明方法及其装置自动测量纺纱动态捻度。自动测量纺纱动态捻度的方法：

1、转速传感器18装于纺纱机前罗拉上，以测取前罗拉转速n_d(转/分)，则纱线纵向运动速度v=πn_dD(米/分)，其中D是前罗拉直径(米)；转速传感器14装于钢领板上，以测取钢丝圈的转速n(转/分)。

2、转速传感器14和转速传感器18的测量信号经集成数据采集器输入计算机中，计算机按下述公式自动计算出该时刻纱线捻度：t_w=n/v=n/(πn_dD)(捻/米)。

3、结果显示在显示屏上，或打印输出。

FA506细纱机上纺25tex棉纱，在某瞬时转速传感器14测得钢丝圈的转速(即纱线气圈的转速)n=9000转/分(942弧度/秒)，转速传感器18测得前罗拉转速n_d=250转/分(26.17弧度/秒)，已知前罗拉直径D=25mm=0.025m，经本发明所述方法和装置测得此时纱线捻度t_w=n/v=n/(πn_dD)=9000/(0.025×π×250)=458捻/米，此动态捻度值可以显示在监视器上，也可打印输出。

实施例3-用本发明方法及其装置测量已纺纱线捻度。测已纺纱线捻度、直径的方法：

1、将待测纱线安装于夹纱架上，拉紧绷直纱线，注意纱线不可拉得过紧或过松。

2、CCD摄像头摄取纱线图象，此图象信息经图象卡存入计算机。

3、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：捻回数N、纱线图象长度L₀、纱线图象直径d₀。

4、进行标定实验，即：任给一实际纱线长度值，量出其图象上的纱线长度值，按下式计算当量系数D₂=实际纱线长度值/图象上的纱线长度值。

5、按下面方法计算纱线实际捻度t_w、实际直径d：t_w=N/(D₂L₀),d=D₂d₀。

6、结果显示在显示屏上，或打印输出。

因测量装置可以移动，每次测量前均进行一次标定。

25tex的已纺棉纱，用本发明装置的CCD摄象头摄取被测纱线图象，经本发明方法和装置处理得到被测纱线图象长度L₀=10cm=0.1m，当量系数D₂=2，此段纱线上的捻回数N=90，按本发明方法测得被测纱线捻度t_w=N/(D₂L₀)=90/(2×0.1)=450捻/米。

Claims (8)

1、一种纺纱动态张力、捻度非接触测量装置，它由打印机、监视器、计算机、CCD摄象头、测量钢领板位移的位移传感器、测量钢丝圈转速的转速传感器、测量纺纱机前罗拉转速的转速传感器、测量盘、频闪光源装置、夹持纱线的夹持架、夹持架底板、图象卡、单片集成数据采集器组成，其特征在于：CCD摄象头(9)自带信号输出线插入计算机(3)的图象卡的视频输入插孔；图象卡插入计算机(3)主板上PCI扩展槽内，图象卡输出的数字信号通过PCI数据线与计算机CPU相连；监视器(2)自带的信号输入线插入图象卡另一视频信号输出端的插孔内；位移传感器(11)、转速传感器(14)、(18)的信号输出线分别与集成数据采集器的输入端相连；集成数据采集器通过数据线与计算机I/O接口相连；打印机(1)通过数据线与计算机的打印接口相连；纺纱机电气控制柜(17)中的中央控制系统通过数据线与计算机的I/O接口相连。

2、如权利要求1所述的纺纱动态张力、捻度非接触测量装置，其特征在于：CCD摄象头(9)可自带支架。

3、如权利要求1所述的纺纱动态张力、捻度非接触测量装置，其特征在于：CCD摄象头(9)可安装于纺纱机机架上，计算机(3)、监视器(2)、打印机(1)及装置箱体(4)安装于纺纱机电气控制柜(17)内。

4、如权利要求1所述的纺纱动态张力、捻度非接触测量装置，其特征在于：CCD摄象头(9)可安装于夹持架底板(24)上。

5、一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置自动测量纺纱动态张力的方法：计算公式有两种：① P=T(ω/λ)²[1+0.5(λr_m)²]② P=Tω²[πcos(α₀/2)/(2λKcosα₀)]²。上面式中：λ=[arcsin(r_k/r_m)]/h， $K={\&Integral;}_0^{\mathrm{\&pi;}/2}{(1-k^2{\sin }^2\mathrm{\&phi;})}^{-1/2}\mathrm{d\&phi;},<mrow>\; </mrow>$ $k=\sqrt{\left({1-\cos \mathrm{\&alpha;}}_0\right)/\left({1+\cos \mathrm{\&alpha;}}_0\right)}$ ；T-纱线线密度(kg/m)，ω-纱线气圈角速度(l/s)，r_k-钢领半径(m)，r_m-气圈最大半径(m)，h-气圈高度(m)，α₀-气圈半顶角(弧度)，具体步骤如下：

a、CCD摄象头(9)摄取纺纱过程中纱线气圈的图象，此图象信息经图象卡处理后存入计算机，也可直接显示在监视器上；转速传感器(14)检测钢丝圈角速度，即纱线气圈的角速度ω；位移传感器(11)安装于导纱钩支承板与钢领板或导纱钩支承板与气圈控制环之间(有气圈控制环时)，以测量瞬时气圈高度h；传感器的信息经集成数据采集器存入计算机；

b、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：气圈图象高度h₀、最大半径r_m ⁰、半顶角α₀ ⁰：

c、进行标定实验，即：任给一实际气圈高度值，量出其图象上的气圈高度值，按下式计算当量系数D₁=实际气圈高度值/图象上的气圈高度值；

d、根据标定实验测得的当量系数及气圈图象特征参数，即可测知此时纱线气圈的实际几何参数：气圈最大半径r_m=D₁r_m ⁰、气圈高度h=D₁h₀，气圈半顶角α₀=α₀ ⁰，气圈高度h也可由线位移传感器直接测出；再据此气圈几何参数及上述公式即可算出此时纱线张力；

e、测出的张力值信号可以打印输出，也可由数据线送至纺纱机中央控制系统，使其根据张力值的大小调节纺纱工艺参数；该时刻之纱线气圈图象及张力大小的波形也可输送直一监示器，用以观察他们的变化情况，供操作者设计或调节纺纱工艺参数时参考；

测量装置安装完毕，只需进行一次标定，测量过程即可自动进行。

6、一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置自动测量纺纱动态捻度的方法：

a、转速传感器(18)装于纺纱机前罗拉上，以测取前罗拉转速n_d(转/分)，则纱线纵向运动速度v=πn_dD(米/分)，其中D是前罗拉直径(米)；转速传感器(14)装于钢领板上，以测取钢丝圈的转速n(转/分)；

b、转速传感器(14)和转速传感器(18)的测量信号经集成数据采集器输入计算机中，计算机按下述公式自动计算出该时刻纱线捻度：t_w=n/v=n/(πn_dD)(捻/米)；

c、结果显示在显示屏上，或打印输出。

7、一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置半自动测量纺纱动态捻度及其分布的方法：

a、用频闪光源照射纱线气圈，并使频闪光源的频率等于锭子回转的频率(转/秒)，用肉眼观察此时纱线气圈上的纱线应是静止的(不旋转)；

b、此时用CCD摄象头(9)摄取纱线图象，此图象信息经图象卡存入计算机；转速传感器(14)检测纲丝圈转速，此信息经数据采集器存入计算机；

c、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数：捻回数N、纱线气圈高度h₀、纱线图象长度L₀、纱线图象直径d₀；

d、进行标定实验，即：任给一实际气圈高度值(导纱钩至钢丝圈的垂直距离)，量出其图象上的气圈高度值，按下式计算当量系数D₁=实际气圈高度值/图象上的气圈高度值；

e、按下面方法计算纱线气圈实际几何参数：气圈最大半径r_m=D₁r_m ⁰、气圈高度h=D₁h₀，再计算气圈上纱线实际长度L=h+0.25hr_mλh[r_mλ+0.5(r_m/h)sin(2λh)]，再据此计算纱线实际捻度t_w、实际直径d：t_w=N/L,d=D₁d₀；

f、结果显示在显示屏上，或打印输出；

测量装置安装完毕，只需进行一次标定，测量过程即可自动进行。

8、一种用纺纱动态张力、捻度非接触测量装置测已纺纱线捻度、直径的方法：

a、将待测纱线安装于夹纱架上拉紧绷直纱线，注意纱线不可拉得过紧或过松；

b、CCD摄像头摄取纱线图象，此图象信息经图象卡存入计算机；

c、计算机中的图象信息经平滑去噪、阈值化等处理后提取图象特征参数；捻回数N、纱线图象长度L₀、纱线图象直径d₀；

d、进行标定实验，即：任给一实际纱线长度值，量出其图象上的纱线长度值，按下式计算当量系数D₂=实际纱线长度值/图象上的纱线长度值；

e、按下面方法计算纱线实际捻度t_w、实际直径d：t_w=N/(D₂L₀),d=D₂d₀；

f、结果显示在显示屏上，或打印输出；

因测量装置可以移动，每次测量前均进行一次标定。

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