CN100422745C - 无接触测定一根运动中的纱线速度的方法和装置 - Google Patents

无接触测定一根运动中的纱线速度的方法和装置 Download PDF

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Abstract

为了用一个传感装置来无接触测定纺织机一个络纱头上的一根运动中的纱线的速度—其中分析用于长度测量的测量信号，并用长度测量的结果来精确确定纱疵，根据本发明，用一个光源产生一个激光束(33)，该激光束分成两个激光束(35，36)，这两个激光束在运动中的纱线(2)上重新重合。从由该纱线反射的光线中借助激光器-多普勒-风速测定法产生测量信号，通过对于在络纱时由于纱线往复运动而强烈地波动的速度的动态测量，来确定瞬时的纱线速度。本发明可经济地用来改进纱线(2)的质量。

Description

无接触测定一根运动中的纱线速度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用一个传感器装置无接触测定络纱机络纱头上的一根运动中的纱线的速度的方法，其中分析用于长度测量的测量信号，并用长度测量的结果来精确确定纱疵。
本发明还涉及一种用一个传感器装置无接触测定一根运动中的纱线的速度的、用于实施所述方法的装置。
背景技术
产生交叉卷绕的现代纺织机的络纱头都配有运动中的纱线的速度测量和长度测量装置。对纱线质量不断增加的要求不但需要在选定的络纱头上而且需要在每个单独的络纱头上进行纱线参数例如纱线直径的监控。在监控纱线直径时，需要评估纱线额定直径的误差是否作为纱疵分级，一般还要考虑误差的长度。所以，确定精确的纱疵长度是纱线质量监控的重要组成部分。
运动中的纱线的速度测量的常规的、机械的测量方法是用滚动测量轮进行工作。但在纱线和测量轮表面之间的摩擦会产生滑动。除了由于这种滑动产生的测量不精确性外，这种摩擦对敏感的纱线还产生有害的质量影响。为了避免这类缺点，在纺织工业中用无接触的测量方法是众所周知的。
为了以实验方法无接触测量例如自由端纺纱机用的纤维导向通道气流中的单根纤维的速度，鲍尔(Bauer)在文献《化学纤维/纺织工业》(Chemiefasern/Textilindustrie)37/89.(1987)9月、829-832页上提出了一种“激光器-多普勒风速测量法(Laser-Doppler-Anemometrie)”(下面简称LDA方法)。这种LDA方法只提出来在纤维气流的空气动力试验时在实验的流体力学的范围内供研究目的之用。例如特别是用于进行新的纺织方法研究。迄今为止，空气动力学的最佳措施根本就只有在某种条件下才是可行的，而不包括LDA方法。
林根斯(Ringens)等在文献《国际纺织实践》(textil praxisinternational)(1988)6月640-643页上发表题为“在织物表面无接触速度测量的光电传感器(Optoelektronischer Sensor zurberührungslosen Geschwindigkeitsmessung an textilen
Figure C20041007522200041
)”一文中描述了在一项研究计划范围进行的织物表面的速度测量。所述的参考束-多普勒风速测量法基于多普勒效应。当发射器和接收器相互运动时，产生与相对速度有关的频率漂移。
在位置固定的接收器的情况下，通过频率漂移可确定运动物体的速度。在参考束-多普勒风速测量法时，用基准光束和测量光束进行工作。在这种情况下，无频移的基准波和多普勒-频移的测量光束在接收器内进行叠加。
基准光束方法具有这样的缺点，基准光束的强度和从表面反射的测量光束的强度相差很大。为了获得象测量光束相同的强度，这是所谓“信噪比”的好的前提条件，所以必须大大地削弱基准光束。但这是有条件的，因为运动粒子的散射功率是取决于其大小和表面的。此外，在用这类市售的测量***时，需要施工和评估方面的费用。
巴克曼(Backmann)等在《Melliand纺织报告》(1993)7,639-640页上发表的题为“在运动中的纱线上进行无接触的速度测量(Berührungslose Geschwindigkeitsmessung am laufenden Faden)”一文中虽然描述了基于LDA原理的速度测量方法，但对实际应用尚无费用上可接受的LDA测量方法，尽管光学元件的小型化和匹配，但这类测量***的总费用明显太高。所以在出版物中，分析和描述相关测量法的应用作为实用的另一种方案。
在文献中讨论过的LDA方法都是在研究计划情况下在实验室中作为试验设备使用，而且必须忍受高昂的费用和价格。由于昂贵的价格和由于小的可用安装空间，用于多工位的纺织机显得没有意义，在有些文献中甚至认为是不可能的。
DE 42 25 842 A1描述了一种按相关测量法测量卷绕机上的纺织纱线的速度的装置。在纺织管纱络纱或复绕到一个交叉络筒上时，纱线产生垂直于纱线运动方向的来回运动，由于这种来回运动，通过传感器的纱线的速度大约变化±35％，视铺纱频率而定。如果瞬时纱线速度例如从测量值中确定为平均值，则对纱线要除掉的纱疵长度的评估是相当不精确的。从而存在降低纱线质量的危险并影响纺织机的生产效率。
在纱线复绕的筒子机的情况下，纱线速度比在纺纱工位纺出的纱线缠绕到一个交叉络筒上的纺纱机大约高10倍。在这样高的纱线速度和铺纱频率的情况下，信号的连续处理可能导致困难。可能出现这种情况，即所用的市售微处理器的计算能力远不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是改进多工位纺织机的一个工位上的运动中的纱线速度的确定。
这个目的涉及方法时借助于一种用一个传感器装置无接触测定络纱机络纱头上的一根运动中的纱线的速度的方法来实现。其中分析用于长度测量的测量信号，并用长度测量的结果来精确确定纱疵。根据本发明，由一个光源产生一个激光束，该激光束分成两个激光束，这两个激光束是这样导向的，它们在运动中的纱线上重新重合，从纱线反射的光线产生测量信号，并且测量信号的产生是按激光器-多普勒-风速测定法进行的，其中通过对于在络纱时由于纱线往复运动而强烈地波动的速度的动态测量，来确定瞬时的纱线速度。
所述目的涉及装置时借助于一种用一个传感器装置无接触测定一根运动中的纱线的速度的、用于实施所述方法的装置来实现。根据本发明，该装置布置在络纱机的一个络纱头上，该传感器装置包括一个用来产生一个激光束的光源和一个光学装置，该光学装置将激光束分成两个激光束，这两个激光束在运动中的纱线上重新相聚，该装置具有一个探测装置，该探测装置具有一个接收器和一个布置在该接收器前面的投影光具以及一个分析单元，该分析单元用来处理确定纱线的速度用的测量信号，其中所述分析单元包括积分器，利用该积分器能够由纱线的速度来确定纱线长度，并且所述传感器装置具有光源、光学元件和传感器用于探测纱线的直径。
本发明的诸多有利方案可从下列具体描述中得知。
在一个由光源产生的激光束的情况下，该激光束分成两个光束，这两个光束在不断运动的纱线上重新复合，这两个作为测量光束共同作用的光束的强度是相同的。这样就给定了一个好的信噪比。从这两个由纱线散射的激光束中产生的测量信号可达到高精度的速度确定或长度确定，市售的微处理器可不成问题地满足这种确定所需的计算容量。
在这种高精度测量的基础上，结合纱线直径的测量可特别精确地确定纱疵的长度。从而一方面可实现允许纱疵的划分，另一方面通过纱线的切断可准确地去除纱疵。不允许的纱疵被完全和正确地查出。这样就避免了按先有技术确定速度时的缺陷，把允许的纱疵错误地作为不允许的纱疵除掉，以及避免了设置不必要的纱线连接点。从而提高纱线质量和络纱头的生产能力。
如果为了按激光器-多普勒-风速测定法进行速度测量把所产生的激光束另外用来确定纱线的直径、或者把从纱线反射的激光束的光线另外用来识别杂质纤维，则可明显减少元器件的数量。这样就不再需要确定直径用的单独光源，且传感装置的占用空间变小。
如果只用元件确定速度的值而不确定运动方向，则可进一步减少费用。所以例如可取消在LDA方法时在确定运动方向通常需要的布拉克元件。从而可减少所需的设备费用。
本发明可进行纱线速度的动态测量，亦即对纱疵的测定总是确定瞬时的纱线速度，而不是例如确定纱线速度的平均值。在这种情况下，筒子机或纺丝筒子机的一个工位上用的常用处理器就能不成问题地胜任所发生的计算工作。这样就可确定具有很高时间分辨率和很精确的纱线速度。
用本发明的有利方案尤其可明显减少施工费用或降低成本，从上列文献中得知业内人士十多年没有把这种先有技术作为推动作用理解，使LDA方法直接用于多工位纺织机例如多个络纱头的筒子要或纺丝筒子机。确切地说，从上述文献可知，代表业内人士的观点是，尽管这类测量***的光学元件的小型化和匹配，但仍嫌费用太高，所以LDA方法只能用于研究目的的实验设备。业内人士至今尚未认识到LDA方法可在这样一种方案中实现，使费用和络纱头所需的安装空间保持在可接受的范围内。本发明体现了高精度无接触测量的优点，而又抛弃了迄今为止的诸多缺点，例如高昂的费用或不足的计算容量。在制作每个单独筒子时可进行纱线速度的高精度的确定。这一重大优点至今未被利用。
通过本发明可改善筒子机或纺丝筒子机的清纱。因为避免了在测定纱疵长度时由于错误的纱线速度引起的不必要的清纱段。用公知的装置和方法探测不出的、需要清除的纱疵可用本发明方法进行识别。这样就既提高了机器的生产效率，又提高了纱线的质量。
附图说明
下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明的其他细节。
附图表示：
图1配有一个测量头来测量速度的筒子机的一个络纱头的简化图；
图2速度测量装置的结构原理图；
图3干涉条纹的简化图；
图4一个LDA信号；
图5具有反向散射的速度测量装置的原理图；
图6速度测量装置的另一种结构的原理图。
具体实施方式
图1表示筒子机的一个络纱头1，该图示出了在一个作为退绕筒子的纺织纱管3和一个作为卷绕筒子的交叉卷绕筒子4之间纱线2的纺纱流程。在卷绕过程中，从纺纱管子退绕的线纱2通过一个纱线张力装置5、一个切断装置7以及一个测量头6。纱线2在一个卷绕装置8中卷绕到图1所示的一个沿顺时针方向旋转的交叉卷绕筒子4上。在卷绕过程中，交叉卷绕筒子4用其表面贴合到一个设计成压辊的托辊9上并通过摩擦连接带动这个无驱动的压辊。交叉卷绕筒子4的驱动通过交叉卷绕筒子4的轴借助于直接布置在筒子架10上的或集成在筒子架10内的传动装置来实现。络纱头1具有一个纱线往复机构27，以便在卷绕过程中纱线2的往复运动。纱线2的铺层用一个在交叉卷绕筒子4的旋转轴方向内来回运动的导纱器28来实现。计算机11包括一个控制装置、一个测量头6的测量值的分析单元以及一个存储单元。计算机11通过导线12与其他为了简化而未画出的计算器、控制装置和数据存储器连接。
本发明测量头6的原理结构如图2所示。作为光源用的激光器13产生一个激光束14，其频率是很精确已知的。激光束14在板15上分成两个激光束16、17。这两个激光束16、17具有相同的强度。激光束17通过反射镜18这样偏转，即它一直到透镜19都平行于激光束16延伸。用透镜19使激光束16、17这样取向，即它们落到透镜19的焦点内。该焦点位于纱线2的范围内。
两个激光束16、17起测量光束的作用。激光束16、17的激光从其所射到的纱线2的表面散射。当纱线2运动时，在作为光波的发射器和作为接收器的纱线2之间产生相对运动。在这种情况中，从纱线反射的光波依赖于相对速度发生变化，这作为多普勒效应是众所周知的。
从纱线2反射的激光束16、17的光波由明暗区、干涉条纹21、立体干涉图样20组成，例如图3所示，其中，两个激光束16、17叠加。如果在这个空间内布置一个接收器，则可看见干涉图样20。两个激光束16、17透过的区域称为测量体积。作为接收器用一个探测器22，这个探测器具有两个光阑23、24、一个凹透镜25和一个传感元件26。
从纱线反射的散射光被传感元件26前面的光阑23屏蔽。凹透镜25只聚焦从纱线2反射的散射光作为所谓反向散射到传感元件26上。传感元件26接收一个以差拍频率FS振荡的强度。差拍频率FS由激光束16、17的两个多普勒频移的光频率FD1和FD2之差形成。
从激光器13产生的激光束14分解成激光束16和17的上述方法称为LDA双光束方法。在这种LDA双光束方法时，探测出的差拍频率FS与探测器22相对于纱线2的位置无关，所以探测器22可布置在一个在很大程度上可自由选择的位置，且要聚焦散射光的凹透镜25可设计成大的直径。
图4表示一个横穿该测量体积一部分的探测速度信号的曲线51随时间t的变化。传感元件26接收光线的强度I，该强度主要由激光束14中的强度分布和由两个多普勒频移光波的差拍频率FS来决定。由传感元件26探测的光线强度的变化通过相应的分析算法进行处理、与纱线2的速度有关的信号分开进行分析，并转换成一个数字化的速度信号。
如图2所示，测量头6除了包括确定纱线2的速度的元件外，还包括确定纱线2的直径的元件。从光源29发射的光线通过光学元件30并通过纱线2反射。反射的光线由一个传感器31进行探测。根据光强产生的测量信号在计算机11中进行分析，以确定纱线2的直径。
测量头6的另一种结构如图5所示。激光器32产生一个激光束33，该激光束由板34分成两个具有相同强度的激光束35、36。反射镜37使激光束36这样偏转，即该激光束平行于激光束35延伸。两个激光束35、36由光学模块38聚焦到纱线2上。从纱线2反射的散射光通过光学模块38、39转向到传感器40上。用反向散射工作的测量头可获得一个紧凑的、节省空间的结构。用一个测量装置41来测量纱线2的直径，该测量装置具有一个光源42、一个光学模块43和一个传感器44。传感器44是这样布置的，即从纱线2射出的阴影可投影在其上。传感器44可以是简单的光电管或CCD-行传感器。
图6表示测量头6的另一种结构的简化图，用于速度确定的结构相当于图1的结构。为了纱线2的直径确定，用板45形成由激光器13产生的激光束14的部分光束46、用反射镜52偏转并用光学模块47对准到纱线2上。传感器48探测与纱线2的直径有关的光线，并向计算机11提供测量信号，从中确定纱线2的直径。传感器48和50的测量信号的分析可作为杂质纤维识别的组成部分进行。
另一种方案是，用来分析速度测量信号、纱线直径测量信号、杂质纤维测量信号或全部这类测量信号的分析单元可以是测量头6的一个模块。
纱线2受到连续的质量监控。为此，除了用无接触工作的测量头4测定运动中的纱线2的速度外，还测定它的直径或粗度。对测量信号进行分析并确定纱线速度。通过一个属于分析单元的一部分的积分器计算纱线2的累积的长度确定用的纱线速度。
如果测量头6测出纱线2的粗度的一个不允许的过低值或超出值，则通过计算机11确定这种纱疵的长度。如果显示根据预先给定的清纱范围存在不允许的纱疵，则切断装置7起动，并按公知的方式进行清纱切断。在通过例如DE 196 14 184 A1或美国专利号5 862 660提出的方法切断有纱疵的纱线段后，纱线端部在一个连接装置49中重新连接，并随即继续进行卷绕过程。
结合高精度的长度测量可实现纱线2的质量上的、优质质量监控。高的测量可靠性可减少清纱段并由此提高纱线质量以及由于避免了卷绕过程的不必要的中断而提高生产效率。
本发明不限于所示的实施例。在本发明原理的范围内还有其他可供选择的诸多方案而不背离本发明的总构思。

Claims (5)

1. 用一个传感器装置无接触测定络纱机络纱头上的一根运动中的纱线的速度的方法，其中分析用于长度测量的测量信号，并用长度测量的结果来精确确定纱疵，
其特征为：
由一个光源产生一个激光束(14，33)，该激光束分成两个激光束(16，17；35，36)，
这两个激光束(16，17；35，36)是这样导向的，它们在运动中的纱线(2)上重新重合，
从纱线(2)反射的光线产生测量信号，并且
测量信号的产生是按激光器-多普勒-风速测定法进行的，其中
通过对于在络纱时由于纱线往复运动而强烈地波动的速度的动态测量，来确定瞬时的纱线速度。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征为，为了确定纱疵，探测纱线直径，并用一个清纱器来进行纱线(2)的质量改进。
3. 按权利要求1所述的方法，其特征为，为了按激光器-多普勒-风速测定法进行速度测量所产生的一个激光束(14)另外用来测量纱线(2)的直径。
4. 按权利要求1所述的方法，其特征为，只用元件确定速度的值而不确定运动方向。
5. 用一个传感器装置无接触测定一根运动中的纱线(23)的速度的、用于实施按权利要求1至4中任一项所述方法的装置，其特征为，该装置布置在络纱机的一个络纱头(1)上，该传感器装置包括一个用来产生一个激光束(14，33)的光源(13)和一个光学装置，该光学装置将激光束(14，33)分成两个激光束(16，17；35，36)，这两个激光束在运动中的纱线(2)上重新相聚，该装置具有一个探测装置(22)，该探测装置具有一个接收器和一个布置在该接收器前面的投影光具以及一个分析单元(11)，该分析单元用来处理确定纱线(2)的速度用的测量信号，其中所述分析单元(11)包括积分器，利用该积分器能够由纱线(2)的速度来确定纱线长度，并且所述传感器装置具有光源(29、42、13)、光学元件(30、43、47)和传感器(31、44、48)用于探测纱线(2)的直径。
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