專利名稱：紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明涉及一種紡紗張力、捻度測量裝置及其測量方法，具體地講涉及一種紡紗工藝的細紗過程中紗線動態張力、捻度的測量裝置及其測量方法，以及測量已紡紗線的捻度的方法。
公知紡紗張力的測量方法，目前均是接觸式測量方法，即讓紗線繞過測試棒，在紗線張力作用下，測試棒產生微動，從而引起測試電路中電容量或電阻或電壓的變化，該信號的變化經處理即可表示紗線張力的變化，經標定處理，即可測知紗線張力的大小。例如，目前大量使用的瑞士產R-3192型電子紗線張力儀(Switzerland RothschildElectronic Tensionmeter R-3192)采用的就是接觸式測量方法。這一方法的主要缺陷是測量時紗線需繞過測試棒，與正常工作時紗線的運動狀態不符，因而測出的紗線張力與正常紡紗時紗線的實際張力有出入；測試棒需固定在機架上的紡紗區，安裝不方便，因而不便于在生產現場使用。
公知紗線捻度測量方法目前均是取一段已紡好的紗線進行計數測量，具體有退捻法、人工計數法等。這些方法一是測量精度不夠高，操做費時費力，二是只能測量已紡好的紗線的捻度，無法測量紡紗過程中紗線的動態捻度。例如山東萊州電子儀器有限公司的Y331L型數字式紗線捻度儀、上海寶鼎電子公司的YG-331AⅡ型紗線捻度儀等均是基于退捻法來進行測量。
本發明的目的之一在于提供一種非接觸式在線測量紡紗動態張力和捻度的裝置，它能測量紡紗過程中紗線的動態張力和捻度、測量已紡紗線的捻度，它簡單可靠，易于安裝；本發明的目的之二在于提供一種測量紡紗動態張力和捻度的方法以及測量已紡紗線的捻度的非接觸測量方法，這些方法易于實現，測量精度高。
本發明目的的實現方式是一種紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置它由打印機1、監視器2、計算機3、裝置的箱體4、CCD攝象頭9、測量鋼領板位移的位移傳感器11、測量鋼絲圈轉速的轉速傳感器14、測量紡紗機前羅拉轉速的轉速傳感器18、夾持紗線的夾持架22、夾持架底板24、圖象卡、單片集成數據采集器組成。
CCD攝象頭9選用索尼XC-77CCD攝象頭，該攝象頭適合工業應用，經過沖擊、振動等系列試驗，其分辨率570TVL，測量時鏡物距30-60cm可調；圖象卡采用Coreco公司Oculus-F/64圖象卡，它直接插在計算機3的主板的擴展槽中；集成數據采集器采用SDM857型單片集成數據采集器；計算機3可采用工業PC586及以上工業計算機；監視器2可采用松下BM1900黑白監視器；測氣圈高度的位移傳感器11采用TDZ-1D型差動電感式線位移傳感器；轉速傳感器14、轉速傳感器18均采用SZGB-5型光電轉速傳感器。頻閃光源裝置21是半自動測量紡紗動態捻度時的附加裝置，頻閃光源裝置采用SGS-1型高速攝影閃光儀；夾持紗線的夾持架22、夾持架22的底板24是用本發明所述方法測量已紡紗線的捻度時的附加裝置，用以夾持被測量的紗線。
CCD攝象頭9的作用是攝取紗線或紗線氣圈的動態或靜態圖象(攝動態圖象時拍攝頻率可據需要調節)，并轉變成視頻信號；位移傳感器11的作用是測量氣圈的瞬時高度；轉速傳感器14的作用是測量鋼絲圈轉速；轉速傳感器18的作用是測量前羅拉轉速；圖象卡的功能是實時采集被測紗線或紗線氣圈的視頻信號，并進行A/D轉換，存在存儲通道中，由計算機調用和處理，采集卡D/A轉換部分自動將圖象實時顯示在監視器上；集成數據采集器的功能是對各傳感器采集的信號進行放大、采樣保持、A/D轉換，并輸入計算機中；計算機的功能是對數字信號進行處理，按
圖12、圖13、圖14所示框圖編制的程序進行分析計算，得出紗線氣圈上的紗線張力和捻度，或任意紗線上的捻度；打印機1用以根據需要打印測量結果。
CCD攝象頭9自帶信號輸出線，輸出被測圖象的視頻信號，此信號輸出線插入圖象卡的視頻輸入插孔；圖象卡插入計算機主板上PCI擴展槽內，圖象卡輸出的數字信號通過PCI數據線與計算機CPU相連；圖象卡還有一視頻信號輸出端，監視器2自帶的信號輸入線插入圖象卡視頻信號輸出端的插孔內；位移傳感器11、轉速傳感器14、18的信號輸出線與集成數據采集器的輸入端相連；集成數據采集器通過數據線與計算機I/O接口相連；打印機1通過數據線與計算機的打印接口相連；紡紗機中央控制系統通過數據線與計算機的I/O接口相連。
CCD攝象頭9也可自帶支架，計算機3、監視器2、打印機1獨立安裝于箱體4內，從而使本測量裝置成為可移動的便攜式裝置，方便地測量紡紗機上任意一個錠子處的紡紗張力。如圖8所示，此時CCD攝象頭9在其自帶支架的支撐下，置于被測紗線氣圈前；帶有計算機3、監視器2、打印機1的箱體4則可置于任意方便的地方。
CCD攝象頭9可安裝于紡紗機機架上，計算機3、監視器2、打印機1及裝置箱體4安裝于紡紗機電氣控制柜17內，從而使本裝置成為紡紗機的一個子系統。
CCD攝象頭9可安裝于夾持架底板24上，用以測量已紡紗線的捻度。
測量紡紗動態張力、動態捻度時，CCD攝象頭9安裝于紡紗機機架或鋼領板靠近紡紗機電器控制柜17的一端上，它到被測紗線氣圈的距離在20～60cm范圍內可調；計算機3、監視器2、打印機1、裝置箱體4安裝于紡紗機電器控制柜17內；位移傳感器11安裝于導紗鉤支承板10與鋼領板15或導紗鉤支承板10與氣圈控制環7之間(有氣圈控制環時)，且位于CCD攝象頭9的右側(當紡紗機電器控制柜17在機器右側時)，比CCD攝象頭9更靠近紡紗機電器控制柜17；測量鋼絲圈13的轉速的傳感器14用螺釘安裝于鋼領板15上，其安裝位置應保證檢測頭對準鋼絲圈13，并與鋼絲圈保持1cm左右的間距；測量前羅拉8的轉速的傳感器18安裝于靠近紡紗機電器控制柜的墻板上，測量盤19安裝于前羅拉上靠近紡紗機電器控制柜17的一端，轉速傳感器18的檢測頭與測量盤19之間保持6～10mm的間距。
半自動測量紡紗動態捻度及其分布的頻閃光源裝置21，在其自帶支架的支撐下置于被測紗線氣圈的前方。
上述測量過程中涉及到的導紗鉤5、紗線6、氣圈控制環7、前羅拉8、導紗鉤支承板10、鋼領板15、鋼絲圈13、紡紗錠子及紗線卷裝12、隔紗板16、電器控制柜17、主墻板20，均是一般正常紡紗時所需的另部件，在用本發明裝置及方法測量紡紗動態張力、動態捻度時，這些另部件均安裝于一般正常紡紗時所在的位置。
在用本發明裝置及方法測量已紡紗線捻度時，夾持紗線的夾持架22共有2個，在夾持架底板上左右各裝一個，二者距離可在10～50cm范圍內根據需要選用；被測的已紡紗線23被2個夾持架22夾持住；CCD攝象頭9安裝于被測已紡紗線23的前方中間位置，它到被測已紡紗線的距離在20～50cm范圍內可調。
一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置自動測量紡紗動態張力的方法紡紗過程中，紡紗張力與紗線氣圈形態幾何參數之間存在函數關系，如果測得紡紗時氣圈的幾何參數，即可算出此時紗線的張力，具體計算公式有兩種①P=T(ω/λ)2[1+0.5(λrm)2] ② P=Tω2[πcos(α0/2)/(2λKcosα0)]2。上面式中λ=[arcsin(rk/rm)]/h，K=∫0π/2(1-k2sin2φ)-1/2dφ,]]>k=(1-cosα0)/(1+cosα0)]]>T-紗線線密度(kg/m)，ω-紗線氣圈角速度(l/s)，rk-鋼領半徑(m)，rm-氣圈最大半徑(m)，h-氣圈高度(m)，α0-氣圈半頂角(弧度)。氣圈形態及其主要幾何參數如圖3、4所示。具體步驟如下1、CCD攝象頭9攝取紡紗過程中紗線氣圈的圖象，此圖象信息經圖象卡處理后存入計算機，也可直接顯示在監視器上；轉速傳感器14檢測鋼絲圈角速度，即紗線氣圈的角速度ω；位移傳感器11安裝于導紗鉤支承板與鋼領板或導紗鉤支承板與氣圈控制環之間(有氣圈控制環時)，以測量瞬時氣圈高度h；傳感器的信息經集成數據采集器存入計算機。
2、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數氣圈圖象高度h0、最大半徑rm0、半頂角α00。
3、進行標定實驗，即任給一實際氣圈高度值，量出其圖象上的氣圈高度值，按下式計算當量系數D1=實際氣圈高度值/圖象上的氣圈高度值。
4、據標定實驗測得的當量系數及氣圈圖象特征參數，即可測知此時紗線氣圈的實際幾何參數氣圈最大半徑rm=D1rm0、氣圈高度h=D1h0，氣圈半頂角α0=α00，氣圈高度h也可由線位移傳感器直接測出；再據此氣圈幾何參數及上述公式即可算出此時紗線張力。
5、測出的張力值信號可以打印輸出，也可由數據線送至紡紗機中央控制系統，使其根據張力值的大小調節紡紗工藝參數；該時刻之紗線氣圈圖象及張力大小的波形也可輸送直一監示器，用以觀察他們的變化情況，供操作者設計或調節紡紗工藝參數時參考。
測量裝置安裝完畢，只需進行一次標定，測量過程即可自動進行。
一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置自動測量紡紗動態捻度的方法1、轉速傳感器18裝于紡紗機前羅拉上，以測取前羅拉轉速nd(轉/分)，則紗線縱向運動速度v=πndD(米/分)，其中D是前羅拉直徑(米)；轉速傳感器14裝于鋼領板上，以測取鋼絲圈的轉速n(轉/分)。
2、轉速傳感器14和轉速傳感器18的測量信號經集成數據采集器輸入計算機中，計算機按下述公式自動計算出該時刻紗線捻度tw=n/v=n/(πndD)(捻/米)。
3、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置半自動測量紡紗動態捻度及其分布的方法1、頻閃光源照射紗線氣圈，并使頻閃光源的頻率等于錠子回轉的頻率(轉/秒)，用肉眼觀察此時紗線氣圈上的紗線應是靜止的(不旋轉)。
2、此時用CCD攝象頭攝取紗線圖象，此圖象信息經圖象卡存入計算機；轉速傳感器14檢測綱絲圈轉速，此信息經數據采集器存入計算機。
3、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數捻回數N、紗線氣圈高度h0、紗線圖象長度L0、紗線圖象直徑d0。
4、進行標定實驗，即任給一實際氣圈高度值(導紗鉤至鋼絲圈的垂直距離)，量出其圖象上的氣圈高度值，按下式計算當量系數D1=實際氣圈高度值/圖象上的氣圈高度值。
5、按下面方法計算紗線氣圈實際幾何參數氣圈最大半徑rm=D1rm0、氣圈高度h=D1h0，再計算氣圈上紗線實際長度L=h+0.25hrmλh[rmλ+0.5(rm/h)sin(2λh)]，再據此計算紗線實際捻度tw、實際直徑dtw=N/L,d=D1d0。
6、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
測量裝置安裝完畢，只需進行一次標定，測量過程即可自動進行。
一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置測已紡紗線捻度、直徑的方法
1、將待測紗線安裝于夾持架上，拉緊繃直紗線，注意紗線不可拉得過緊或過松。
2、CCD攝像頭攝取紗線圖象，此圖象信息經圖象卡存入計算機。
3、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數捻回數N、紗線圖象長度L0、紗線圖象直徑d0。
4、進行標定實驗，即任給一實際紗線長度值，量出其圖象上的紗線長度值，按下式計算當量系數D2=實際紗線長度值/圖象上的紗線長度值。
5、按下面方法計算紗線實際捻度tw、實際直徑dtw=N/(D2L0),d=D2d0。
6、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
因測量裝置可以移動，每次測量前均進行一次標定。
本發明的有益效果如下本發明所述紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置簡單可靠，易于安裝。本發明所述方法測量紡紗動態張力、動態捻度(自動測量及半自動測量)的具體測量裝置既可安裝于紡紗機機架上，也可獨立做成便攜式，以測量任意紡紗機的紡紗張力和動態捻度。
紡紗張力是紡紗過程中的重要工藝參數，紡紗張力的大小與紡紗質量、紗線斷紗率等有直接關系，生產上必須嚴格控制紡紗張力，而首先必須準確測量出瞬時張力。如前所述傳統的接觸式紡紗張力測量方法難以在生產現場采用，且與實際張力大小有出入。本發明之非接觸測量裝置則可方便地用于測量生產現場的紡紗張力，數據可傳輸至細紗機的計算機控制系統，使其根據張力的大小來適時調整紡紗工藝參數，因而本發明可廣泛用于紡紗生產的自動化、智能化。
用本發明所述方法測量紡紗動態張力，紗線無需與傳感器直接接觸，紗線無附加摩擦損傷，測量出的紗線張力及其波動規律是其真實值，測量裝置不會給紗線張力及其變化規律帶來附加影響；測量方法簡單可靠，測量精度高。
用本發明所述方法測量紡紗動態捻度(自動測量及半自動測量)，紗線無需與傳感器接觸，紗線無附加摩擦損傷，測量方便、易行、測量精度高。
用本發明所述方法測量已紡紗線捻度，紗線無需退捻，紗線不會因此而受到損傷，測量過程快，測量裝置易于小型化。
下面結合各附圖對本發明作進一步詳細說明。
圖1是本發明測試裝置的外形圖。
圖2是本發明測試裝置中計算機、傳感器的連接示意圖。
圖3是本發明涉及的紡紗過程中不采用氣圈控制環時的紗線氣圈形態。
圖4是本發明涉及的紡紗過程采用氣圈控制環時的紗線氣圈形態。
圖5是用本發明裝置及其方法自動測量紡紗動態張力、動態捻度的縱向示意圖。
圖6是用本發明裝置及其方法自動測量紡紗動態張力、動態捻度的橫向示意圖。
圖7是測量前羅拉轉速的傳感器的安裝示意圖。
圖8是本發明測量紡紗動態張力、動態捻度的便攜式裝置中CCD攝象頭自帶支架時的安裝示意圖。
圖9是頻閃光源裝置安裝示意圖。
圖10是測量已紡紗線捻度時的夾紗架的主視圖。
圖11是圖10的俯視圖。
圖12是本發明自動測量紡紗動態張力、動態捻度的程序框圖。
圖13是本發明半自動測量紡紗動態捻度及其分布的程序框圖。
圖14是本發明測量已紡紗線捻度、直徑的程序框圖。
上述諸圖中，1為本發明測量裝置中的打印機，2為監視器，3為計算機，4為裝置箱體、5為導紗鉤，6為被測紗線，7為氣圈控制環，8為紡紗機的前羅拉，9為CCD攝象頭，10為導紗鉤支承板，11為測量鋼領板位移的位移傳感器，12為紡紗錠子及紗線卷裝，13為紡紗機的鋼絲圈，14為為測量鋼絲圈轉速的轉速傳感器，15為鋼領板，16為紡紗機隔紗板，17為紡紗機電氣控制柜，18為測量紡紗機前羅拉轉速的轉速傳感器，19為安裝于前羅拉上的測量盤，20為紡紗機主墻板，21為頻閃光源裝置，22為夾持紗線的夾持架，23為安裝于夾持架22上的被測的已紡紗線，24為安裝夾持架22的底板。
紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置它由打印機1、監視器2、計算機3、裝置箱體4、CCD攝象頭9、測量鋼領板位移的位移傳感器11、測量鋼絲圈轉速的轉速傳感器14、測量紡紗機前羅拉轉速的轉速傳感器18、夾持紗線的夾持架22、夾持架底板24、圖象卡、單片集成數據采集器組成。
附加裝置頻閃光源裝置21。
CCD攝象頭9選用索尼XC-77CCD攝象頭，該攝象頭適合工業應用，經過沖擊、振動等系列試驗，其分辨率570TVL，測量時鏡物距30-60cm可調；圖象卡采用Coreco公司Oculus-F/64圖象卡，它直接插在計算機3的主板的擴展槽中；集成數據采集器采用SDM857型單片集成數據采集器；計算機3可采用工業PC586及以上工業計算機監視器2可采用松下BM1900黑白監視器；測氣圈高度的位移傳感器11采用TDZ-1D型差動電感式線位移傳感器；轉速傳感器14、轉速傳感器18均采用SZGB-5型光電轉速傳感器。頻閃光源21是半自動測量紡紗動態捻度時的附加裝置，頻閃光源裝置采用SGS-1型高速攝影閃光儀；圖10、圖11是用本發明所述方法測量已紡紗線的捻度時的附加裝置，用以夾持被測量的紗線。
如圖1、圖2、圖5、圖10、圖11所示裝置中CCD攝象頭9的作用是攝取紗線或紗線氣圈的動態或靜態圖象(攝動態圖象時拍攝頻率可據需要調節)，并轉變成視頻信號；位移傳感器11的作用是測量氣圈的瞬時高度；轉速傳感器14的作用是測量鋼絲圈轉速；轉速傳感器18的作用是測量前羅拉轉速；圖象卡的功能是實時采集被測紗線或紗線氣圈的視頻信號，并進行A/D轉換，存在存儲通道中，由計算機調用和處理，采集卡D/A轉換部分自動將圖象實時顯示在監視器上；集成數據采集器的功能是對各傳感器采集的信號進行放大、采樣保持、A/D轉換，并輸入計算機中；計算機的功能是對數字信號進行處理，按圖12、圖13、圖14所示框圖編制的程序進行分析計算，得出紗線氣圈上的紗線張力和捻度，或任意紗線上的捻度；打印機1用以根據需要打印測量結果。
如圖2所示，CCD攝象頭9自帶信號輸出線，輸出被測圖象的視頻信號，此信號輸出線插入圖象卡的視頻輸入插孔；圖象卡插入計算機主板上PCI擴展槽內，圖象卡輸出的數字信號通過PCI數據線與計算機CPU相連；圖象卡還有一視頻信號輸出端，監視器2自帶的信號輸入線插入圖象卡視頻信號輸出端的插孔內；位移傳感器11、轉速傳感器14、18的信號輸出線與集成數據采集器的輸入端相連；集成數據采集器通過數據線與計算機I/O接口相連；打印機1通過數據線與計算機的打印接口相連；紡紗機中央控制系統通過數據線與計算機的I/O接口相連。
CCD攝象頭9也可自帶支架，計算機3、監視器2、打印機1獨立安裝于箱體4內，如圖1所示，從而使本測量裝置成為可移動的便攜式裝置，方便地測量紡紗機上任意一個錠子處的紡紗張力和捻度。如圖8所示，此時CCD攝象頭9在其自帶支架的支撐下，置于被測紗線氣圈前；裝有計算機3、監視器2、打印機1的箱體4則可置于任意方便的地方。
CCD攝象頭9可安裝于紡紗機機架上，計算機3、監視器2、打印機1及裝置箱體4安裝于紡紗機電氣控制柜17內，從而使本裝置成為紡紗機的一個子系統。
CCD攝象頭9可安裝于夾持架底板24上，用以測量已紡紗線的捻度。
測量紡紗動態張力、動態捻度時，CCD攝象頭9安裝于紡紗機機架或鋼領板靠近紡紗機電器控制柜的一端上，它到被測紗線氣圈的距離在20～60cm范圍內可調；計算機3、監視器2安裝于紡紗機電器控制柜17內；位移傳感器11安裝于導紗鉤支承板10與鋼領板15或導紗鉤支承板10與氣圈控制環7之間(有氣圈控制環時)，且位于CCD攝象頭9的右側(當紡紗機電器控制柜17在機器右側時)，比CCD攝象頭9更靠近紡紗機電器控制柜17；測量鋼絲圈13的轉速的傳感器14用螺釘安裝于鋼領板15上，其安裝位置應保證檢測頭對準鋼絲圈13，并與鋼絲圈保持1cm左右的間距；測量前羅拉8的轉速的傳感器18安裝于靠近紡紗機電器控制柜17的墻板上，測量盤19安裝于前羅拉上靠近紡紗機電器控制柜17的一端，轉速傳感器18的檢測頭與測量盤19之間保持6～10mm的間距。
如圖9所示，半自動測量紡紗動態捻度及其分布的頻閃光源裝置21，在其自帶支架的支撐下置于被測紗線氣圈的前方。
上述測量過程中涉及到的導紗鉤5、紗線6、氣圈控制環7、前羅拉8、導紗鉤支承板10、鋼領板15、鋼絲圈13、紡紗錠子及紗線卷裝12、隔紗板16、紡紗機墻板10、電器控制柜17、主墻板20，均是一般正常紡紗時所需的另部件，在用本發明裝置及方法測量紡紗動態張力、動態捻度時，這些另部件均安裝于一般正常紡紗時所在的位置。
在用本發明裝置及方法測量已紡紗線捻度時，夾持紗線的夾持架22共有2個，在夾持架底板24上左右各裝一個，二者距離可在10～50cm范圍內根據需要選用；被測的已紡紗線23被2個夾持架22夾持住；CCD攝象頭9安裝于被測已紡紗線23的前方中間位置，它到被測已紡紗線的距離在20～50cm范圍內可調。
實施例1-測量紡紗動態張力。計算公式有兩種①P=T(ω/λ)2[1+0.5(λrm)2]②P=Tω2[πcos(α0/2)/(2λKcosα0)]2。上面式中λ=[arcsin(rk/rm)]/h,K=∫0π/2(1-k2sin2φ)-1/2dφ,]]>k=(1-cosα0)/(1+cosα0)]]>T-紗線線密度(kg/m)，ω-紗線氣圈角速度(l/s)，rk-鋼領半徑(m)，rm-氣圈最大半徑(m)，h-氣圈高度(m)，α0-氣圈半頂角(弧度)。氣圈形態及其主要幾何參數如圖3、4所示。具體步驟如下1、CCD攝象頭9攝取紡紗過程中紗線氣圈的圖象，此圖象信息經圖象卡處理后存入計算機，也可直接顯示在監視器上；轉速傳感器14檢測鋼絲圈角速度，即紗線氣圈的角速度ω；位移傳感器11安裝于導紗鉤支承板與鋼領板或導紗鉤支承板與氣圈控制環之間(有氣圈控制環時)，以測量瞬時氣圈高度h；傳感器的信息經集成數據采集器存入計算機。
2、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數氣圈圖象高度h0、最大半徑rm0、半頂角α00。
3、進行標定實驗，即任給一實際氣圈高度值，量出其圖象上的氣圈高度值，按下式計算當量系數D1=實際氣圈高度值/圖象上的氣圈高度值。
4、根據標定實驗測得的當量系數及氣圈圖象特征參數，即可測知此時紗線氣圈的實際幾何參數氣圈最大半徑rm=D1rm0、氣圈高度h=D1h0，氣圈半頂角α0=α00，氣圈高度h也可由線位移傳感器直接測出；再據此氣圈幾何參數及上述公式即可算出此時紗線張力。
5、測出的張力值信號可以打印輸出，也可由數據線送至紡紗機中央控制系統，使其根據張力值的大小調節紡紗工藝參數；該時刻之紗線氣圈圖象及張力大小的波形也可輸送直一監示器，用以觀察他們的變化情況，供操作者設計或調節紡紗工藝參數時參考。
測量裝置安裝完畢，只需進行一次標定，測量過程即可自動進行。
FA506細紗機上紡25tex棉紗，用本發明裝置CCD攝象頭攝取某瞬時紗線氣圈的形態，此紗線氣圈形態的圖象信息用本發明的方法處理，得到此紗線氣圈的高度h=0.2m，最大半徑rm=0.031m，轉速傳感器14測得鋼絲圈回轉角速度(即紗線氣圈的回轉角速度)ω=942弧度/秒，已知紗線線密度T=25tex=2.5×10-5kg/m，鋼領半徑rk=0.0225m，經本發明的方法即可計算得出此時的紗線氣圈張力P=0.224N，此張力值可以打印輸出，也可顯示于監視器上，也可輸送至紡紗機中央控制器。
實施例2-用本發明方法及其裝置自動測量紡紗動態捻度。自動測量紡紗動態捻度的方法1、轉速傳感器18裝于紡紗機前羅拉上，以測取前羅拉轉速nd(轉/分)，則紗線縱向運動速度v=πndD(米/分)，其中D是前羅拉直徑(米)；轉速傳感器14裝于鋼領板上，以測取鋼絲圈的轉速n(轉/分)。
2、轉速傳感器14和轉速傳感器18的測量信號經集成數據采集器輸入計算機中，計算機按下述公式自動計算出該時刻紗線捻度tw=n/v=n/(πndD)(捻/米)。
3、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
FA506細紗機上紡25tex棉紗，在某瞬時轉速傳感器14測得鋼絲圈的轉速(即紗線氣圈的轉速)n=9000轉/分(942弧度/秒)，轉速傳感器18測得前羅拉轉速nd=250轉/分(26.17弧度/秒)，已知前羅拉直徑D=25mm=0.025m，經本發明所述方法和裝置測得此時紗線捻度tw=n/v=n/(πndD)=9000/(0.025×π×250)=458捻/米，此動態捻度值可以顯示在監視器上，也可打印輸出。
實施例3-用本發明方法及其裝置測量已紡紗線捻度。測已紡紗線捻度、直徑的方法1、將待測紗線安裝于夾紗架上，拉緊繃直紗線，注意紗線不可拉得過緊或過松。
2、CCD攝像頭攝取紗線圖象，此圖象信息經圖象卡存入計算機。
3、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數捻回數N、紗線圖象長度L0、紗線圖象直徑d0。
4、進行標定實驗，即任給一實際紗線長度值，量出其圖象上的紗線長度值，按下式計算當量系數D2=實際紗線長度值/圖象上的紗線長度值。
5、按下面方法計算紗線實際捻度tw、實際直徑dtw=N/(D2L0),d=D2d0。
6、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
因測量裝置可以移動，每次測量前均進行一次標定。
25tex的已紡棉紗，用本發明裝置的CCD攝象頭攝取被測紗線圖象，經本發明方法和裝置處理得到被測紗線圖象長度L0=10cm=0.1m，當量系數D2=2，此段紗線上的捻回數N=90，按本發明方法測得被測紗線捻度tw=N/(D2L0)=90/(2×0.1)=450捻/米。
權利要求
1.一種紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置，它由打印機、監視器、計算機、CCD攝象頭、測量鋼領板位移的位移傳感器、測量鋼絲圈轉速的轉速傳感器、測量紡紗機前羅拉轉速的轉速傳感器、測量盤、頻閃光源裝置、夾持紗線的夾持架、夾持架底板、圖象卡、單片集成數據采集器組成，其特征在于CCD攝象頭(9)自帶信號輸出線插入計算機(3)的圖象卡的視頻輸入插孔；圖象卡插入計算機(3)主板上PCI擴展槽內，圖象卡輸出的數字信號通過PCI數據線與計算機CPU相連；監視器(2)自帶的信號輸入線插入圖象卡另一視頻信號輸出端的插孔內；位移傳感器(11)、轉速傳感器(14)、(18)的信號輸出線分別與集成數據采集器的輸入端相連；集成數據采集器通過數據線與計算機I/O接口相連；打印機(1)通過數據線與計算機的打印接口相連；紡紗機電氣控制柜(17)中的中央控制系統通過數據線與計算機的I/O接口相連。
2.如權利要求1所述的紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置，其特征在于CCD攝象頭(9)可自帶支架。
3.如權利要求1所述的紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置，其特征在于CCD攝象頭(9)可安裝于紡紗機機架上，計算機(3)、監視器(2)、打印機(1)及裝置箱體(4)安裝于紡紗機電氣控制柜(17)內。
4.如權利要求1所述的紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置，其特征在于CCD攝象頭(9)可安裝于夾持架底板(24)上。
5.一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置自動測量紡紗動態張力的方法計算公式有兩種① P=T(ω/λ)2[1+0.5(λrm)2]② P=Tω2[πcos(α0/2)/(2λKcosα0)]2。上面式中λ=[arcsin(rk/rm)]/h，K=∫0π/2(1-k2sin2φ)-1/2dφ,]]>k=(1-cosα0)/(1+cosα0)]]>；T-紗線線密度(kg/m)，ω-紗線氣圈角速度(l/s)，rk-鋼領半徑(m)，rm-氣圈最大半徑(m)，h-氣圈高度(m)，α0-氣圈半頂角(弧度)，具體步驟如下a、CCD攝象頭(9)攝取紡紗過程中紗線氣圈的圖象，此圖象信息經圖象卡處理后存入計算機，也可直接顯示在監視器上；轉速傳感器(14)檢測鋼絲圈角速度，即紗線氣圈的角速度ω；位移傳感器(11)安裝于導紗鉤支承板與鋼領板或導紗鉤支承板與氣圈控制環之間(有氣圈控制環時)，以測量瞬時氣圈高度h；傳感器的信息經集成數據采集器存入計算機；b、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數氣圈圖象高度h0、最大半徑rm0、半頂角α00c、進行標定實驗，即任給一實際氣圈高度值，量出其圖象上的氣圈高度值，按下式計算當量系數D1=實際氣圈高度值/圖象上的氣圈高度值；d、根據標定實驗測得的當量系數及氣圈圖象特征參數，即可測知此時紗線氣圈的實際幾何參數氣圈最大半徑rm=D1rm0、氣圈高度h=D1h0，氣圈半頂角α0=α00，氣圈高度h也可由線位移傳感器直接測出；再據此氣圈幾何參數及上述公式即可算出此時紗線張力；e、測出的張力值信號可以打印輸出，也可由數據線送至紡紗機中央控制系統，使其根據張力值的大小調節紡紗工藝參數；該時刻之紗線氣圈圖象及張力大小的波形也可輸送直一監示器，用以觀察他們的變化情況，供操作者設計或調節紡紗工藝參數時參考；測量裝置安裝完畢，只需進行一次標定，測量過程即可自動進行。
6.一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置自動測量紡紗動態捻度的方法a、轉速傳感器(18)裝于紡紗機前羅拉上，以測取前羅拉轉速nd(轉/分)，則紗線縱向運動速度v=πndD(米/分)，其中D是前羅拉直徑(米)；轉速傳感器(14)裝于鋼領板上，以測取鋼絲圈的轉速n(轉/分)；b、轉速傳感器(14)和轉速傳感器(18)的測量信號經集成數據采集器輸入計算機中，計算機按下述公式自動計算出該時刻紗線捻度tw=n/v=n/(πndD)(捻/米)；c、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出。
7.一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置半自動測量紡紗動態捻度及其分布的方法a、用頻閃光源照射紗線氣圈，并使頻閃光源的頻率等于錠子回轉的頻率(轉/秒)，用肉眼觀察此時紗線氣圈上的紗線應是靜止的(不旋轉)；b、此時用CCD攝象頭(9)攝取紗線圖象，此圖象信息經圖象卡存入計算機；轉速傳感器(14)檢測綱絲圈轉速，此信息經數據采集器存入計算機；c、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數捻回數N、紗線氣圈高度h0、紗線圖象長度L0、紗線圖象直徑d0；d、進行標定實驗，即任給一實際氣圈高度值(導紗鉤至鋼絲圈的垂直距離)，量出其圖象上的氣圈高度值，按下式計算當量系數D1=實際氣圈高度值/圖象上的氣圈高度值；e、按下面方法計算紗線氣圈實際幾何參數氣圈最大半徑rm=D1rm0、氣圈高度h=D1h0，再計算氣圈上紗線實際長度L=h+0.25hrmλh[rmλ+0.5(rm/h)sin(2λh)]，再據此計算紗線實際捻度tw、實際直徑dtw=N/L,d=D1d0；f、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出；測量裝置安裝完畢，只需進行一次標定，測量過程即可自動進行。
8.一種用紡紗動態張力、捻度非接觸測量裝置測已紡紗線捻度、直徑的方法a、將待測紗線安裝于夾紗架上拉緊繃直紗線，注意紗線不可拉得過緊或過松；b、CCD攝像頭攝取紗線圖象，此圖象信息經圖象卡存入計算機；c、計算機中的圖象信息經平滑去噪、閾值化等處理后提取圖象特征參數；捻回數N、紗線圖象長度L0、紗線圖象直徑d0；d、進行標定實驗，即任給一實際紗線長度值，量出其圖象上的紗線長度值，按下式計算當量系數D2=實際紗線長度值/圖象上的紗線長度值；e、按下面方法計算紗線實際捻度tw、實際直徑dtw=N/(D2L0),d=D2d0；f、結果顯示在顯示屏上，或打印輸出；因測量裝置可以移動，每次測量前均進行一次標定。
全文摘要
本發明提供了一種非接觸式在線測量紡紗動態張力和捻度的裝置,它能測量紡紗過程中紗線的動態張力和捻度、測量已紡紗線的捻度,它簡單可靠,易于安裝。本發明還提供了測量紡紗動態張力、捻度及捻度分布的非接觸方法以及測量已紡紗線的捻度的非接觸測量方法,這些方法易于實現,測量精度高。本發明可廣泛用于紡紗生產的自動化、智能化。
文檔編號G01D21/02GK1299959SQ0110640
公開日2001年6月20日 申請日期2001年1月1日 優先權日2001年1月1日
發明者梅順齊, 向新柱, 杜雄星, 趙延雯, 吳世林, 余聯慶, 張智明, 尤洪松 申請人:武漢科技學院
專業數控銑床產品供應商
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