CN100412249C - 用于运动纱线或类纱线纺织物结构直径的无接触测量的设备 - Google Patents

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Abstract

用于无接触测量运动的纱线或类纱线纺织物的直径的设备，包括在至少一行中带多个彼此相邻排列的象素的光学线传感器(1)，该光学线传感器(1)同用于定时脉冲速率发生的控制模块(305)和用于处理和/或计算该光学线传感器(1)信号的比较器(301)一起集成到一个半导体集成习用ASIC电路(4)中，其特征在于所述半导体集成习用ASIC电路进一步包括一个有阴影象素计数器(303)，通过一个门电路(302)连接到比较器(301)的输出，该输出连接到一个数据总线模块(304)，该模块(304)可以连接到数据总线(6)，以便与控制和/或计算处理器(7)通信。

Description

用于运动纱线或类纱线纺织物结构直径的无接触测量的设备
技术领域
本发明涉及一种用于运动纱线或类纱线纺织物结构的直径的无接触测量的设备，包括在至少一行中带多个彼此相邻排列的象素的光学线传感器，该光学线传感器与一个用于定时脉冲速率发生的控制模块和构成线光学传感器信号的处理和/或估算的比较器一起集成在一个半导体集成客户ASIC电路中。
背景技术
众所周知的用于测量纺纱机或绕线机上运动的纱线的设备包括带其自身传感器的测量头、计算部件及通过线互连的控制单元。
这种布置通常要求更多的空间，而正相反，纺纱机或绕线机要求该设备只占用沿纱线路径的最小空间。出于这个原因，尽可能简单地实现该测量头，只用于测量和处理测量信号，而计算和其它操作在计算单元和/或控制单元中实现。因此，该设备有数量相当多的由许多线和插接件互连的部件，这不仅增加了其购置成本，还增加了其在机器上安装的复杂程度。
EP 9455333A 1已经消除了这种解决方案的缺陷，它描述了一种设备，其中测量单元连接到一个只与所述测量单元关联的处理器。该测量单元和处理器安装在一个公用支架上并位于一个机箱中。该处理器具有使可获得的可靠性受到限制的数字输出。
这种解决方案专用于发送模拟信号的测量单元，但它还可以包含发射数字信号的传感器，如以数字形式将关于传感器哪个象素被照亮及哪个未被照亮的信息发送到处理器的光学线CCD传感器。
考虑到足以精确测量纱线直径所要求的传感器象素个数及每时间单位的测量次数，这种布置要求传感器和处理器之间的高数据吞吐率，这对所连接的处理器提出了很高的要求，而且通常会限制设备的计算潜力。例如，对于1000个象素，每次测量发送1000个信息位。
为了读取传感器象素的状态，一种众所周知的设备用处理器最大频率利用处理器输入，目前该最大频率通常是大约2Mhz。这限制了每时间单位的测量次数，并因此降低了测量质量，尤其是对于高发送速率，或者只允许使用带较少象素个数的传感器。
US 5499794描述了一种设备，用于运动纱线或类纱线纺织物结构的属性的无接触测量，包括一个线光学传感器，与一个用于定时脉冲速率产生的电路、一个放大器、和用于除了和/或估算线光学传感器的信号的比较器一起集成在一个半导体集成客户ASIC电路中。
US 6219135B1描述了一种设备，用于光学记录在纵向移动的纱线材料的至少一个参数，包括由至少两个单独的传感器组成的一个光学传感器，其中至少一个单独的传感器的结构和位置使得对于一个参数至少一个测量的值以数字方式记录/检测，而一个单独的传感器适合以模拟方式记录/检测一个参数的测量值。该设备包括两个相同的电路，这些电路可以分配给每个独立的传感器。每个电路包含一个元件，用于将光串换为电流，例如光电二极管。所述元件最好被看作一个单独的传感器本身。
此外，该元件与其它元件串联连接，用于转换其输出信号，如放大器、比较器、和存储器。放大器由计算放大器和电容器(condensator)构成(在反馈部分中)，进一步与一个闭路器并联连接。存储器与多路复用器输出连接。多路复用器与一个估算电路串联交叉连接，最好制作为一个计算元件。除此之外，估算电路可选地连接一个电路，用于模拟单独信号发生。所述单独的传感器进一步包含一个运算放大器，该运算放大器具有并联的一个电容和电阻。该专利还包含一个参考，将至少一部分上述元件与单独传感器集成为一种集成电路形式。但其中没有具体描述哪些元件与哪个单独传感器集成，以及以何种方式集成。
在测量纱线或类纱线纺织物的过程中，考虑到光学线传感器输出信号的具体属性，本发明希望限制或消除背景技术的缺陷并降低对包括象素***的光学传感器和用于处理该传感器信号的计算设备或电路之间数据吞吐率的要求。
发明内容
本发明的目的已经通过一种用于遥控测量运动的纱线或类纱线纺织物直径的设备实现了，其原理在于所述半导体集成客户ASIC电路进一步包括一个有阴影象素的计数器，通过一个门电路连接到比较器的输出，该输出还连接一个数据总线的模块，该模块可以连接到一条数据总线，用于与控制和/或估算处理器通信。
这种布置的好处尤其在于传感器信号的处理和/或计算的初始操作发生在一个集成电路中，因为不需要从设备的输出发送关于哪个象素被照亮/未被照亮的具体信息，所以它们不会受传感器和处理器之间数据流容量的限制。相反，因为，例如对于1000个象素，只需要10个而不是1000个关于纱线宽度或连续有阴影的和/或照亮的象素的信息位，所以直接以数字形式发送关于纱线直径的数据从根本上降低了对数据吞吐率的要求。用于处理和/或计算同该传感器集成的信号的电路能够以同传感器相同的频率工作，在目前使用的光学线传感器CMOS中通常是20-40Mhz。
根据本发明的该解决方案的另一好处在于设备购置成本的降低，这是由于用于处理传感器信号的电子电路的一部分同该传感器一起集成到集成电路的一个机箱中，或者，只要情况允许，直接集成在一个公用的半导体电路片上，这基本上降低了在传感器和处理器之间利用外部电子电路的需要。
出于技术方面的考虑，有时候适合知道线光学传感器前的纱线位置。为了达到这一效果，用于处理和/或估算光学线传感器的信号并与光纤线传感器集成的电子电路包含用于确定和估算在光学线传感器前面的纱线位置，同时在比较器输出连接阴影边缘检测器，其输出连接到辅助计数器输入，同时与控制模块的定时输出和复位输出连接，用于确定光学传感器上纱线阴影的起点位置，同时辅助传感器的输出与数据总线输入的模块连接。
为了在限定纵向部分或时间段之后监控纱线直径，在有阴影象素计数器与数据总线之间***一个除法器，该除法器的另一个输入与测量周期数计数器和结果提取模块的输入连接，同时测量周期数计数器的输入与控制模块的复位和定时输出连接，结果提取模块的输入与控制模块和测量周期数计数器的输出连接，用于确定纱线直径的平均值。
在该设备的另一种变体中，结果提取模块包括关于恒定个数的测量周期的信息，用于从恒定个数的测量值确定纱线直径的平均值，这意味着所监控的纱线段在长度或时间上是固定的。
在该设备的另一种变体中，结果提取模块包含用于确定可变个数的测量周期的装置，用于从可变个数的测量值确定纱线直径的平均值，这样就允许在测量过程中改变所监控纱线段的长度或时间。
该设备的另一种变体允许对所监控纱线变化的长度或时间段的连续计算，其中第一个测量周期提供了纱线直径的平均值，该值在以后每个完整的周期中被重新计算并随时可以读取。出于这个原因，结果提取模块(311)改为测量周期个数计数器(310)的输出与除法器(309)的输入的直接互连，用于连续地确定纱线直径平均值的装置，具有用于读取该纱线直径平均值的相关装置，这些装置在轮到它们时同用于确定纱线平均直径的装置的调零装置耦合。
为了消除将传感器弄脏部分解释为纱线阴影的风险，带阴影象素计数器用一个电路代替，该电路由连接到门电路输出的开关3031和阴影边缘检测器3036构成，该检测器3036的输出与开关3031的输入连接，同时与在开关3031的输出连接任选个数的输入计数器3032a、3032b、...、3032n，其中一个计数器连接到最大值选择模块，而其它则既连接到最大值选择模块3033，又连接到多阴影检测器3034。最大值选择模块3033的输出连接到除法器309、终点计数器3035。最大值选择模块3033、多阴影检测器3034及输入计数器3032a、3032b、...、3032n都同控制模块305的复位输出连接。多阴影检测器3034的输出与数据总线模块304连接，用于在一个测量周期中监控一个以上阴影和选择至少最大阴影。监控纱线直径的计算电路包括在一个测量周期中监控不止一个阴影的装置，及选择至少一个被认为是纱线阴影的最大阴影的装置。
特别是通过消除同传感器和用于处理和/或计算该光学线传感器信号的电子电路之间的数据传输关联的问题，根据本发明的设备简化了用于无接触测量运动的纱线或类纱线纺织物属性的设备的安装，并提高了该光学线传感器的质量属性。
附图说明
在附图中示意性地示出了根据本发明设备的实施方案的实例，其中：
图1是一种集成ASIC习用电路，
图2a是在每个测量周期中用于确定纱线直径的处理和/或计算光学线传感器信号的电子电路实施方案的实例，
图2b是由用于检测和计算光学线传感器前面的纱线位置的设备完成的图2a所示设备，
图3是在每个测量周期中用于检测纱线直径的处理和/或计算光学线传感器信号的电子电路实施方案的实例，
图4和5是用于确定纱线平均值的处理和/或计算光学线传感器信号的电子电路实施方案的实例，而
图6是该电子电路实施方案的一种实例，其中该计算电路包括用于在一个测量周期中监控不止一个阴影和用于选择至少最大阴影的装置。
具体实施方案
用于遥控测量运动的纱线或类纱线纺织物的至少一种属性的设备包括在至少一行中带多个彼此相邻排列的象素11的光学线传感器1，其中象素是光敏传感元件。目前是普遍存在的单线光学传感器，但是如果需要，在一种配置中排列多个单线传感器，或构造带多线光学传感器的习用ASIC电路也是可能的。光学线传感器1是在还包括用于处理和/或计算光学线传感器1信号的电路3的半导体电路片2上制造的，光学线传感器1同该电路集成到一个半导体集成习用ASIC电路4中。以一种众所周知的方式，半导体集成习用ASIC电路4位于图1中仅由一条闭合线简化示出的机箱5中。
在该互连***中，光学线传感器1同用于处理和/或计算该光学线传感器1信号的电子电路3至少在传感器的输出12及传感器的输入13上耦合，其中输出12用于将信息从传感器1传输到用于处理和/或计算传感器1该信号的电子电路3，而输入13用于通过所述处理和/或计算传感器1信号的电子电路3控制传感器1。传感器1的输入13和输出12还表示传感器1的输入输出***可以匹配。
同传感器1集成的用于处理和/或计算该光学线传感器1信号的电子电路3是通过双向数据总线6同用于计算、监控和控制电子电路3的处理器7连接的，而且还通过它们连接到光学线传感器1。
在图2a中示出了同传感器1集成在一个公用半导体电路片上的电子电路3的实施方案的一种实例，传感器1的输出连接到比较器301的输入，比较器301的输出通过门电路302与传感器有阴影象素11的计数器303连接。有阴影象素11的计数器303的输出连接到一个数据总线模块304，模块304的输出或，如同本例一样，输出和输入连接到众所周知的数据总线6。该设备还包括控制模块305，其输出同计数器303、门电路302及光学线传感器1连接。数据总线模块304与用于同控制和/或计算处理器7通信的通信模块是公用的。
这种实施方案的实例用于对纱线属性，如纱线直径，的简单测量，其中从控制模块进入传感器1的时钟频率在一个测量周期中提供关于传感器1所有象素11的照射(亮度)、有阴影或部分有阴影的信息，该信息是作为模拟信号S1从传感器输出进入比较器301的，在此它变换为指示由纱线在传感器1上产生的阴影尺寸的信号S2并进入门电路302，在这里它是由控制模块305的时钟频率加密钥。在门电路302的输出产生信号S3，其脉冲个数对应于传感器1有阴影象素的个数。指示有阴影象素个数的信号S3进入有阴影象素的计数器303，在其中对一个测量周期中的脉冲个数，即传感器1被纱线遮蔽的象素11的个数进行计数。关于传感器有阴影象素11个数的信息进入数据总线模块304，为了在处理器7中进一步处理，在此它被数据总线6变换为一种适于传输的形式。控制模块305创建一个指示测量周期结束的信号，根据该信号传感器有阴影象素的计数器303被置为0，并由此准备在随后的测量周期中开始对传感器有阴影象素11的计数。
在某些技术条件下，在监控纱线属性时，获得关于光学线传感器1前面的纱线位置的附加信息是有好处的。出于这个原因，图2a所示设备进行了如图2b所示的改进。改进的设备包括用于检测光学传感器1上纱线阴影起始位置的辅助计数器308。辅助计数器308从控制模块305接收指示传感器1计数开始的时钟脉冲和调零信号N。该设备还包括连接到比较器301输出的阴影边缘检测器306。在信号S2开始，即在传感器1象素11从照亮的到有阴影的照射状态的变化中的信号是从阴影边缘检测器306进入辅助计数器308的，并在那里停止由辅助计数器308执行的计数。这样，辅助计数器308就在每个测量周期的开始被复位并重新启动，并尽可能长时间地对传感器被照明的(照亮的)象素11个数进行计数，直到检测到由阴影边缘检测器306检测的阴影起始位置。传感器1中关于纱线位置的信息进入数据通信模块304，在此它被处理成适于通过数据总线6进入处理器7的信号。
如果需要，图2b所示实施方案的实例的每个部件都可以独立工作，即测量纱线直径和/或监控纱线或，更精确地，其在光学线传感器1前面的阴影位置。除了这些，出于技术或其它原因，如果需要关于光学线传感器1前面纱线位置的信息，则图2b所示实施方案还可以用于以下描述的其它实施方案中。
在图3所示的实施方案另一实例中，图2的电子电路***增加了一个位于传感器1有阴影象素11的计数器303和数据总线6的模块304之间的除法器309。
控制模块305的调零(复位)输出连接到传感器1有阴影象素11的计数器303的复位输入及测量周期个数计数器310的复位输入，计数器310在控制模块305和除法器309之间互连。在控制模块305、测量周期个数计数器310和除法器309之间，还互连着一个带测量周期固定设置个数N的决策模块311，它判定N个测量周期是否已经完成，并据此，在肯定的情况下，计数器303和310的值是有效的。
在这种解决方案中，在复位有阴影象素11的计数器303之后，传感器1有阴影象素11的计数器303根据有效测量周期对传感器1有阴影象素11的总数进行计数，它提供了进入除法器309的关于传感器1有阴影象素11的个数X的信息。与此同时，测量周期个数计数器310从上一次复位开始监控有效周期的个数，并且一旦这个数字达到存储在决策模块311中的值N，测量周期个数计数器310就向除法器309发送一个信号，在其中有阴影象素11的个数X除以测量周期的预置个数N。接着，在除法器309的输出产生一个提供关于传感器1有阴影象素11个数平均值的信息的信号。在数据总线模块304中的处理结束后，获得关于以对应于测量周期预置个数N和纱线传输速率的时间或纱线长度为单位的纱线直径平均值的信息。
在所述实施方案中，除法器309满足了依据测量周期个数N得到传感器1有阴影象素11个数X的运算装置的功能。在实施方案的另一实例中，除法器309适于另一依据测量周期个数N确定传感器1有阴影象素11个数X的平均值，如渐变平均值等，的功能。
测量周期个数N在给定的一批纱线产品中没有变化；但是，例如，当开始带不同参数的新一批时它会改变，这些参数是例如要生产的纱线纯度、其成分和/或其传输速率。在这种情况下，变化是通过从控制模块305将新的测量周期个数N***决策模块311来实现的。
在一种未示出的实施方案中，测量周期个数N是直接***决策模块311的。
图4示出了一种带传感器1有阴影象素11个数X和可变测量周期个数Y的可调节除法率的设备的实施方案。例如，根据在旋转过程中可变的传输速率，测量周期个数Y由控制模块305来控制。
在图5所示的实施方案的另一实例中，电路的配置同图3或4所示的实施方案是相似的，但省略了决策模块311。控制模块305的输出同除法器309和测量周期个数计数器310互连。测量周期个数计数器310的输出同除法器309互连。
传感器有阴影象素的计数器303对在测量周期中进行计数的传感器有阴影象素11的个数进行总加，其中计数从有阴影象素计数器303的复位开始执行并由此产生进入除法器309的关于传感器有阴影象素11个数X的信息。同时除法器309还从测量周期个数计数器310接收关于有效测量周期个数Y的信息。关于运行测量周期停止的信息从控制模块305提供给测量周期个数计数器310。传感器1有阴影象素11的个数X在除法器309中连续地除以刚刚执行完的测量周期数Y。接着在除法器309的输出产生一个包括关于传感器1有阴影象素11个数局部平均值的信号，在除法器309的输出它可以被数据总线模块304接收，并在此变换为关于以对应于纱线传输速率和测量周期数Y的长度或时间间隔为单位的纱线直径平均值的信息，依据该测量周期个数得到有阴影象素个数的平均值。例如，通过处理器7，这个值可用于在数据总线6上读取。在从数据总线模块304读取关于纱线直径平均值的该局部信息后，模块304将关于所执行读取操作的信息发送到控制模块305，控制模块305发出指令以复位有阴影象素计数器303、(复位)测量周期次数计数器310，并复位除法器309，这样就使这些电路准备好开始下一次工作。
这种方法使得可以根据工作单元和/或机器零件和/或机器上的处理器或控制单元的局部要求获得以可变长度段为单位的关于纱线直径平均值的信息。
仅仅是通过实例给出了同光学线传感器1集成的用于处理和/或计算该光学线传感器信号的电子电路3，它可以被其它满足具体要求的电路代替。
以上实施方案的实例没有解决如果象素是由例如纱线和杂质微粒，如灰尘或一块位于传感器象素上的纤维，断续地遮蔽时的问题。在这种情况下，有阴影象素计数器303被图6所示电路代替并且用来在每个测量周期中计算最长的阴影。如果需要，它可以应用到图2至5所示的任一实施方案中。
来自门电路302的信号S3进入开关3031，该开关的输出同所需任意个数的输入计数器3032a、3032b、...、3032n连接，据此一个计数器，在所示出的实施方案中是第一个输入计数器3032a，连接到最大值选择模块3033，而其它输入计数器3032b、...、3032n则既连接到最大值选择模块3033，又连接到多阴影检测器3034。与此同时，来自门电路302的信号S3进入阴影边缘检测器3036，其输出进入开关3031。最大值选择模块3033的输出进入终点计数器3035，其输出连接到除法器309。终点计数器3035、最大值选择模块3033、多阴影检测器3034及输入计数器3032a、3032b、...、3032n都同控制模块305的复位输出连接。多阴影检测器3034同一个与数据总线模块304连接的接线片匹配，它向其发送关于传感器1如由于一个或多个象素11上灰尘微粒造成的测量误差的信息。
在一个测量周期中，例如通过图2a所示的实施方案，有阴影象素个数的信号S3进入开关3031和阴影边缘检测器3036，它根据对阴影初始边缘的检测通知开关3031连接第一输入计数器3032a。检测到阴影的结束边缘后检测器3036会立即通知开关3031断开第一输入计数器3032a。检测到阴影的另一初始边缘后检测器3036会立即通知开关3031连接第二输入计数器3032b，而检测到该阴影的结束边缘后检测器3036会立即通知开关3031断开第二输入计数器3032b。检测到更多的阴影边界之后相似地连接和断开的是随后的输入计数器3032c至3032n。关于阴影范围的信息从输入计数器3032a、3032b、...、3032n发送到最大值选择模块3033，在其中选择阴影长度的最大值并将关于它的信息发送到终点计数器3035，依赖于连接的类型，该信息在每个测量周期后或固定或可变个测量周期后或连续地从终点计数器3035发送到除法器309。如果在一个测量周期中使用第二个或更多的输入计数器3032b至3032n，关于第二个或后面阴影的信息发送到多阴影检测器3034，并从这里发送到数据总线模块304。
前面文章中描述的用于在一个测量周期中监控不止一个阴影和选择至少最大阴影的装置是通过实例给出的，可以由其它电路代替，其原理是监控光学线传感器1上的不止一个阴影及选择阴影的最大长度或间隔长度。
附：附图中参考标号列表
1光学线传感器
11传感器象素
12传感器输出
13传感器输入
2半导体电路片
3用于处理和/或计算光学线传感器信号的电路
301比较器
302门电路
303有阴影象素计数器
304数据总线模块
305控制模块
306阴影边缘检测器
308辅助计数器
309除法器
310测量周期个数计数器
311决策模块
3031开关
3032输入计数器
3033最大值选择模块
3034多阴影检测器
3035终点计数器
3036阴影边缘检测器
4习用电路ASIC
5机箱
6数据总线
7处理器
S1传感器的模拟信号
S2关于传感器范围的信号
S3关于有阴影象素个数的信号
SN调零信号
N测量周期的个数
Y可变的测量周期个数
X有阴影象素的个数

Claims (7)

1. 一种用于无接触测量运动的纱线或类纱线纺织物的直径的设备，包括在至少一行中带多个彼此相邻排列的象素的光学线传感器(1)，该光学线传感器(1)同用于定时脉冲速率发生的控制模块(305)和用于处理和/或计算该光学线传感器(1)信号的比较器(301)一起集成到一个半导体集成习用ASIC电路(4)中，其特征在于所述半导体集成习用ASIC电路进一步包括一个有阴影象素计数器(303)，通过一个门电路(302)连接到比较器(301)的输出，该输出连接到一个数据总线模块(304)，该模块(304)可以连接到数据总线(6)，以便与控制和/或计算处理器(7)通信。
2. 权利要求1中所述的设备，其特征在于所述比较器(301)的输出与阴影边缘检测器连接，该阴影边缘检测器的输出与辅助计数器(308)的输入连接，该辅助计数器(308)的输入同时与控制模块(305)的定时输出和复位输出连接，用于光学传感器(1)上的纱线位置阴影边缘计算，同时辅助计数器的输出与数据总线模块(304)的输入连接。
3. 权利要求1或2中所述的设备，其特征在于在有阴影象素计数器(303)和数据总线模块(304)之间***一个除法器(309)，该除法器(309)的其它输入与测量周期数计数器(310)和结果提取模块(311)连接，同时测量周期数计数器(310)的输入与控制模块(305)的复位输出和定时输出连接，结果提取模块(311)的输入与控制模块的输出连接，并与测量周期数计数器(310)的输出连接，用于确定纱线直径的平均值。
4. 权利要求3中所述的设备，其特征在于结果提取模块(311)包含用于确定可变个数(Y)的测量周期的装置，且结果提取模块(311)包含关于恒定个数(N)测量周期的信息，用于从恒定个数的测量值确定纱线直径的平均值。
5. 权利要求3中所述的设备，其特征在于依据可变次数的测量值确定纱线直径的平均值。
6. 权利要求3中所述的设备，其特征在于结果提取模块(311)被测量周期个数计数器(310)的输出与除法器(309)的输入的直接互连代替，用于确定纱线直径的平均值。
7. 权利要求1或2中所述的设备，其特征在于带阴影象素计数器用一个电路代替，该电路由连接到门电路输出的开关(3031)和阴影边缘检测器(3036)构成，该检测器(3036)的输出与开关(3031)的输入连接，同时与在开关(3031)的输出连接任选个数的输入计数器(3032a、3032b、...、3032n)，其中一个计数器连接到最大值选择模块，而其它则既连接到最大值选择模块(3033)，又连接到多阴影检测器(3034)，最大值选择模块(3033)的输出连接到除法器(309)输入、终点计数器(3035)，最大值选择模块(3033)、多阴影检测器(3034)及输入计数器(3032a、3032b、...、3032n)都同控制模块(305)的复位输出连接，多阴影检测器(3034)的输出与数据总线模块(304)连接，用于在一个测量周期中监控一个以上阴影和选择至少最大阴影。
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