專利名稱：織物引導線跟蹤器的制作方法
技術領域：
本發明涉及紡織，特別是涉及剪布機中的核心部件，即剪布機中的一種織物引導線跟蹤器。
背景技術：
織物引導線包括織物上的預制縫，如布縫、皮革縫等，與織物本身顏色差異很大的預制線條等。
為了提高織物的利用率，剪布機上的剪布刀沿織物上預制縫將織物剪開。在先技術中，采用人工監視與手動調節預制縫的方式，使預制縫對準剪布刀。剪布機運行時，操作人員需要密切注意織物的預制縫。如果預制縫相對于剪布刀位置有偏離，則需及時手動控制預制縫糾正機構，將預制縫糾正到剪布刀位置。由于剪布機上織物是高速運行的，運行過程中預制縫隨時會偏離剪布刀，操作人員很難長時間及時加以糾正。
上述在先技術的缺點是1、對準精度低，廢品率較高。當操作人員感到疲倦時，或者由于操作人員的主觀判斷出錯時，無法使預制縫與剪布刀對準，以至于剪布機剪出織物的廢品率較高。
2、操作人員工作強度大。由于剪布機上織物是高速運行的，運行過程中預制縫隨時會偏離剪布機上的剪布刀，操作人員必須時刻精力集中地觀察預制縫位置，同時必須將預制縫及時調整到剪布刀位置。
3、生產效率較低。為了提高對縫精度，降低廢品率，操作人員會減小剪布機運行速度，致使生產效率降低。
發明內容
本發明的目的在于克服上述在先技術的缺點，提供一種探測精度高、探測范圍大、抗干擾能力強且能實時反饋預制縫位置的織物引導線跟蹤器。
本發明的技術解決方案如下
一種織物引導線跟蹤器，由照明系統、光電探測系統和信號處理系統組成，所述的照明系統與光電探測系統同光軸，在同一光軸上依次是照明系統的紅外光源、準直鏡和矩形光闌，光電探測系統的濾光片和光電探測器陣列，所述的信號處理系統由信號調理電路、模數轉換電路、單片機和信號輸出電路串連而成，所述的光電探測器陣列的輸出端接信號調理電路的輸入端，該信號輸出電路的輸出端與PLC控制系統相連，所述的矩形光闌和濾光片之間供具有待測織物引導線的織物放置。
所述的照明系統用于照明織物。光電探測系統用于探測透過織物的光強分布，并將光強轉換為相應的電信號。信號處理系統用于處理光電探測系統輸出的電信號，并對電信號處理后，輸出預制縫位置信息。
所述的照明系統包括紅外光源，在紅外光源的輸出光路上依次是準直鏡和矩形光闌。
所述的光電探測系統包括濾光片和光電探測器陣列，主要用來探測透過織物的光強分布。織物在預制縫處的透光強度較大，而在預制線條處的透射光強與織物其他地方透光強度相比也有很大不同。當預制線條對照明光的吸收大于織物其他地方對照明光的吸收時，則在預制線條處的透射光強小于織物其他地方的光強；反之，在預制線條處的透射光強大于織物其他地方的光強。所以根據光電探測器陣列中每個探測單元的輸出信號不同，便能探測出預制縫位置。
所述的信號處理系統包括信號調理電路、模數轉換電路、單片機和信號輸出電路，主要用來處理從光電探測系統輸出的模擬信號，且在單片機內處理后通過信號輸出電路輸出與預制縫位置對應的編碼，用于控制預制縫的調整方向和調整量。
所述的紅外光源既可工作于直流模式，也可工作于交流調制模式。
所述的光電探測系統中的濾光片是透過紅外光、阻止可見光的高性能紅外濾光片，用于濾去外界可見光，消除工作環境中可見光對光電探測器陣列的干擾。
所述的光電探測系統的光電探測器陣列中的探測單元一維線性排列，其中的單元個數決定了織物引導線跟蹤器的總的探測范圍，每個探測單元的尺寸決定了預制縫的位置探測精度。
所述的信號處理系統中的信號調理電路實現對光電探測器陣列中每個探測單元輸出模擬信號的處理，如鎖相放大、濾波放大等。若上述紅外光源工作于直流模式，則信號調理電路的主要功能是濾波放大；若紅外光源工作于交流調制模式，則信號調理電路的主要功能是鎖相放大。
本發明與在先技術相比具有下列技術效果1.操作簡單。本發明在運行過程中，自動探測并反饋預制縫位置，不需人工干預，極大地減輕了操作人員的工作強度。
2.抗干擾能力強。本發明采用紅外光源和高性能紅外濾光片，消除了工作環境中可見光的干擾，可以全天候正常工作。
3.響應速度快。本發明采用光學方法探測預制縫位置，由于光電探測器響應速度快，因此光電探測器陣列輸出信號能實時反應預制縫位置。單片機控制模數轉換電路高速采集光電探測器陣列輸出信號，通過處理實時輸出當前預制縫位置編碼。所以該裝置不會影響剪布機整機的運行速度，生產效率高。
4.對準精度高。光電探測器陣列中每個探測單元的大小決定了對準精度，可以采用小尺寸的探測單元，提高本發明對預制縫的對準精度。
圖1是本發明織物引導線跟蹤器的系統原理圖。
圖2是本發明織物引導線跟蹤器中矩形光闌的結構示意圖。
圖3是本發明中濾光片的透過率曲線圖。
圖4是本發明中光電探測器陣列的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
請參閱圖1，圖1是本發明織物引導線跟蹤器的系統原理圖。由圖1可見，本發明包括照明系統、光電探測系統和信號處理系統。在照明系統中，沿著紅外光源1發出的光束前進方向上，依次設置有準直鏡2和矩形光闌3，在矩形光闌3后放置的是具有待測預制縫401的織物4。光電探測系統包括濾光片5和光電探測器陣列6。照明系統和光電探測系統同光軸。光電探測器陣列6輸出的電信號直接送至其后的信號處理系統進行處理。由于織物4在預制縫401處的透光強度較大，所以光電探測器陣列6中輸出信號最大的探測單元所對應的位置，就是預制縫401所在的位置。在信號處理系統中，來自光電探測器陣列6的模擬信號依次經過信號調理電路7、模數轉換電路8、單片機9和信號輸出電路10，輸出預制縫位置編碼至PLC控制系統11，PLC控制系統11根據所接收到的預制縫位置編碼驅動電機執行機構實現預制縫位置的糾正。
所述的照明系統采用紅外光源1，紅外光源1可以是紅外發光二極管、紅外半導體激光器等。紅外光源1的工作模式可以是直流模式，也可以是交流調制模式。在交流調制模式下，紅外光源1的輸出光強被調制成一定頻率的方波或正弦波。
所述的照明系統中的準直鏡2用于將紅外光源1發出的光束準直，使光束垂直照射到織物4上，以提高預制縫位置探測精度。
請參閱圖2，圖2是本發明中矩形光闌3的結構示意圖，其寬度為a，高度為b。所述的矩形光闌3將準直鏡2輸出的平行光束的橫截面限制成矩形，使照射到織物4上的光強分布均勻。
所述的濾光片5是高性能紅外濾光片。因為光電探測器陣列6的光譜響應范圍較廣，對可見光也有較高的靈敏度，而工作環境中存在著強烈的可見光。所以，本發明中在光電探測器陣列6前加入了濾光片5，只允許紅外光源1發出的紅外光通過，而阻止工作環境中的可見光，使光電探測器陣列6只能接收到紅外光源1發出的紅外照明光，從而提高了光電探測器陣列6輸出信號的信噪比，也即提高了預制縫探測與對準精度。圖3是濾光片5的透過率曲線圖。
請參閱圖4，圖4是光電探測器陣列6的結構示意圖。所述的光電探測器陣列6由多個光電探測器單元一維線性排列而成。光電探測器單元601可以是光電二極管、光電倍增管等。光電探測器陣列6中的探測單元的個數(w/w1)決定了本發明織物引導線跟蹤器總的探測范圍，而光電探測器陣列6中的單個探測單元601的尺寸(w1)決定了本發明預制縫位置的探測精度。如圖2所示，矩形光闌3的寬a和高b應分別大于圖4所示的光電探測器陣列6的寬w和高h。
所述的信號調理電路7用于處理光電探測器陣列6輸出的模擬信號。若紅外光源1工作于直流模式，則信號調理電路7主要包括濾波放大模塊；若紅外光源1工作于交流調制模式，則信號調理電路7主要包括鎖相放大模塊。信號調理電路7的特征是，它由多個并行工作的子電路組成，子電路的數量與光電探測器陣列6的探測單元數量相同，且一一對應。子電路可單獨調節，這可以補償照明系統輸出的平行光束橫截面內光強分布的不均勻性和光電探測器陣列6中每個探測單元響應特性的不一致性。
本發明使用紅外光源1和高性能的紅外濾光片5，能很好地消除工作環境中的可見光干擾，明顯地提高了信噪比；若紅外光源1工作于交流調制模式且信號調理電路7中包含鎖相放大模塊，則能使信噪比得到進一步的提高。
所述的模數轉換電路8，主要用于將信號調理電路7輸出的模擬信號轉換成數字信號。
所述的單片機9主要通過模數轉換電路8采集信號調理電路7輸出的反映預制縫位置的電信號，判斷與預制縫位置對應的光電探測器陣列6的探測單元位置，最后通過信號輸出電路10送出當前位置編碼。
所述的信號輸出電路10為光耦隔離器，其作用是把單片機9輸出的預制縫位置編碼送至PLC控制系統11，且單片機9與PLC控制系統11無直接的電氣連接，這可消除外部干擾的影響并保護信號處理系統。
本發明織物引導線跟蹤器的工作過程如下紅外光源1發出的光束經準直鏡2準直為平行光束后，入射于矩形光闌3。從矩形光闌3出射的平行光束照射到帶有預制縫401的織物4表面，在織物4的預制縫401處的透射光強將大于織物4其他地方的透射光強。從待測織物4出射的光束經濾光片5濾去可見光后照射到光電探測器陣列6表面，其中，正對著預制縫的光電探測單元的輸出信號將比其他探測單元的輸出信號大。光電探測器陣列6的電輸出輸入至信號調理電路7中進行處理。若紅外光源1工作于交流調制模式，則信號調理電路7將光電探測器陣列6的輸出信號進行鎖相放大后送至模數轉換電路8進行模數轉換；若紅外光源1工作于直流模式，則信號調理電路7將光電探測器陣列6的輸出信號進行濾波放大后送至模數轉換器8進行模數轉換。單片機9通過控制模數轉換電路8進行采集光電探測陣列6輸出的包含待測織物預制縫信息的信號，且在單片機9內進行處理，最后得到當前預制縫位置編碼，通過信號輸出電路10輸出位置編碼至PLC控制系統11，從而實現預制縫位置的精確糾正。
圖1是本發明的最佳實施例，其具體參數說明敘述如下紅外光源1采用中心波長為980nm的半導體激光器，功率可調，且工作于直流模式。矩形光闌的寬a＝60mm，高b＝25mm。濾光片5的基底材料是強烈吸收可見光的有色玻璃，且在基底上鍍了對980nm紅外光增透的光學薄膜，其透過率曲線如圖3所示，濾光片5對可見光的透過率幾乎為零，而對紅外光的透過率為90％以上。光電探測器陣列6是光電二極管陣列，其中含有11個探測單元，每個探測單元的長度h＝18mm，相鄰探測單元中心距w1＝5.08mm，總的探測范圍是w＝55mm，即剪布刀兩邊各27.5mm。信號調理電路7由兩級放大器組成，一級放大器實現電流/電壓轉換和低通濾波，二級放大器實現信號放大，且放大倍數可調。模數轉換電路8選用的AD芯片是MAX197，具有8個模擬輸入通道，12位轉換精度，滿量程為10V。單片機9選用的是Atmel公司的AT89C52芯片，其具有256bit的內部RAM和8kbit的內部ROM，完全能滿足系統需要。單片機9內的程序采用格雷碼對預制縫位置信息進行編碼；為了防止干擾且保護本電路，信號輸出電路10使用光耦隔離器4N25芯片，使其與后續系統沒有電氣上的連接。
本發明織物引導線跟蹤器的預制縫探測精度為5.08mm，滿足紡織工業中±10mm的剪布位置精度要求。
經試用表明，與在先技術相比，本發明的特點是1.操作簡單。本發明在運行過程中，自動探測并反饋預制縫位置，不需人工干預，極大地減輕了操作人員的工作強度。
2.抗干擾能力強。本發明采用紅外光源和高性能紅外濾光片，消除了工作環境中可見光的干擾，可以全天候正常工作。
3.響應速度快。本發明采用光學方法探測預制縫位置，由于光電探測器響應速度快，因此光電探測器陣列輸出信號能實時反應預制縫位置。單片機控制模數轉換電路高速采集光電探測器陣列輸出信號，通過處理實時輸出當前預制縫位置編碼。所以該裝置不會影響剪布機整機的運行速度，生產效率高。
4.對準精度高。光電探測器陣列中每個探測單元的大小決定了對準精度，可以采用小尺寸的探測單元，提高本發明對預制縫的對準精度。
本發明織物引導線跟蹤器能實時準確地將當前預制縫位置信息送至PLC控制系統11，PLC控制系統11將預制縫與剪布刀位置精確對準，實現剪布過程的自動化和智能化，完全避免了主觀因素影響，極大地提高工作效率、降低了剪布廢品率。
權利要求
1.一種織物引導線跟蹤器，特征在于其由照明系統、光電探測系統和信號處理系統組成，所述的照明系統與光電探測系統同光軸，在同一光軸上依次是照明系統的紅外光源(1)、準直鏡(2)和矩形光闌(3)，光電探測系統的濾光片(5)和光電探測器陣列(6)，所述的信號處理系統由信號調理電路(7)、模數轉換電路(8)、單片機(9)和信號輸出電路(10)串連而成，所述的光電探測器陣列(6)的輸出端接信號調理電路(7)的輸入端，該信號輸出電路的輸出端(10)與PLC控制系統(11)相連，所述的矩形光闌(3)和濾光片(5)之間供具有待測布縫(401)的布匹(4)放置。
2.根據權利要求1所述的織物引導線跟蹤器，其特征在于所述的紅外光源(1)為紅外發光二極管或紅外半導體激光器。
3.根據權利要求1或2所述的織物引導線跟蹤器，其特征在于所述的紅外光源(1)的工作模式為直流模式，或交流調制模式。
4.根據權利要求1所述的織物引導線跟蹤器，其特征在于所述的信號調理電路(7)實現對光電探測器陣列(6)中每個探測單元(601)輸出模擬信號的處理，若所述的紅外光源(1)工作于直流模式，則信號調理電路(7)的主要功能是濾波放大；若紅外光源(1)工作于交流調制模式，則信號調理電路(7)的主要功能是鎖相放大。
5.根據權利要求1所述的織物引導線跟蹤器，其特征在于所述的光電探測器陣列(6)中的光電探測單元(601)一維線性排列。
6.根據權利要求1所述的織物引導線跟蹤器，其特征在于所述的信號輸出電路(10)為光耦隔離器。
全文摘要
一種織物引導線跟蹤器，由照明系統、光電探測系統和信號處理系統組成，所述的照明系統與光電探測系統同光軸，在同一光軸上依次是照明系統的紅外光源、準直鏡和矩形光闌，光電探測系統的濾光片和光電探測器陣列，所述的信號處理系統由信號調理電路、模數轉換電路、單片機和信號輸出電路串連而成，所述的光電探測器陣列的輸出端接信號調理電路的輸入端，該信號輸出電路的輸出端與PLC控制系統相連，所述的矩形光闌和濾光片之間供具有待測布縫的布匹放置。本發明具有探測精度高、探測范圍大、抗干擾能力強、響應速度快和操作簡單的特點。
文檔編號G01B11/00GK1851106SQ200610027140
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者黃立華, 趙永凱, 黃惠杰, 鄭道年, 劉蕾, 余琨, 吳文兵, 張友寶, 王向朝 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所, 上海增爾適科技發展有限公司
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