CN1620398A - 纱线卷绕装置、张力检测方法和张力检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种张力检测方法、一种张力检测装置和一种包括上述张力检测装置的纱线卷绕装置，上述张力检测装置可从包含在张力检测信号内的各个分量中提取张力分量。设置CPU24来求取检测信号的频谱和提取与横向频率相对应的频谱强度，并根据所提取的频谱强度求得张力。

Description

纱线卷绕装置、张力检测方法和张力检测装置
技术领域
本发明涉及一种张力检测方法和张力检测装置以及一种用于卷绕纱线的纱线卷绕装置，更具体地说，本发明涉及一种用于卷绕连续供应的合成纤维丝线例如尼仑和聚酯纱线的纱线卷绕装置。
背景技术
在用于卷绕连续供应的合成纤维丝线的拉紧卷绕机(纱线卷绕装置)中，重要的是在恒定状态下卷绕以恒定的速度从纺纱头连续供应的纱线。为此，卷绕控制技术包括纱线速度控制和纱线张力控制。对于纱线速度控制，例如，通过控制驱动绕线筒旋转的锭子马达的转速，使纱线层卷绕在绕线筒上的圆周速度与纱线的供应速度相适应，从而使与卷绕在绕线筒上的纱线层圆周表面相接触而进行旋转的接触辊的转速保持恒定。
如上所述，虽然通过控制纱线速度可使卷绕速度与供应速度相适应，但是，即使在卷绕速度稳定的情况下，纱线的张力也会发生变化。为了提高纱线的质量，使纱线的张力保持稳定是至关重要的。
为控制纱线的张力，采用张力传感器来检测纱线的张力。多种张力传感器通过与纱线接触来检测纱线的张力。正如JP60-47985A所描述的那样，根据通常的检测方法，通过在两个导向件之间弯曲纱线来测量纱线的张力。但是，当纱线在导向件之间弯曲时，就会产生摩擦，并产生不利的影响，例如纱线断裂的几率增大。因此而降低了纱线的质量。JP51-44668A和JP54-28106A都公开了一种解决上述问题的方法，其直接将张力传感器设置在横向支点的下方，从而使张力传感器在靠近横向转折点处与横向移动的纱线相接触。由于纱线在靠近横向转折点处与张力传感器相接触，因此，降低了纱线断裂的几率，且对纱线质量的影响较小。
但是，绕线筒或类似装置的旋转使纱线卷绕装置自身发生振动，且振动时张力传感器自身也与纱线相接触。因此，由于张力传感器的检测信号中包括了纱线的张力分量、谐波分量和机械振动分量，因此，就必需只将纱线张力分量从检测信号中分离出来。作为一种用于只分离纱线张力分量的方法，通过低通滤波器或类似装置来截取高频机械振动分量。但是，由于各种振动都包含在纱线卷绕装置中，且振动不恒定，因此很难选择截取频率。
本发明就是针对上述情况而提出的。本发明的优点是提供一种张力检测方法、一种张力检测装置和包括上述张力检测装置的纱线卷绕装置，该张力检测装置可从包含在张力传感器输出信号中的各种分量中提取出纱线张力分量。
发明内容
根据本发明的第一个方面，一种纱线卷绕装置包括：用于将纱线卷绕在绕线筒上的卷绕机构、用于以确定的横向频率使卷绕在绕线筒上的纱线横向移动的横向移动机构、作为纱线的横向支点的横向支点导向件、设置在横向支点导向件和横向移动机构之间并根据接收自纱线的力而输出检测信号的检测装置、用于求取检测信号频谱的分析装置和用于从所获得的频谱中提取与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度的提取装置。根据所提取的频谱强度求出纱线的张力。
根据本发明的第二个方面，在第一个方面中，分析装置在略大于所确定的最大横向频率值范围之内求取检测信号的频谱。
根据本发明的第三个方面，在第一或第二个方面中，提取装置从所求得的频谱中并在与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度内提取峰值频谱强度。
根据本发明的第四个方面，在第一至第三个方面中的任意一个方面中，用于输出检测信号的检测装置包括与横向移动的纱线相接触的接触部分和用于对接触部分接收自纱线的力进行检测的装置。
根据本发明的第五个方面，在第四个方面中，所述接触部分在靠近横向转折点处与纱线相接触。
根据本发明的第六个方面，一种在以确定的横向频率横向移动时检测移动纱线的张力的方法，其包括根据接收自纱线的力输出检测信号的第一步骤、获得检测信号的频谱的第二步骤、从所获得的频谱中提取与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度的第三步骤和根据所提取的频谱强度求得纱线张力的第四步骤。
根据本发明的第七个方面，在第六个方面中，第二步骤是在略大于所确定的最大横向频率值的范围之内求取检测信号的频谱。
根据本发明的第八个方面，在第六或第七个方面中，第三步骤是从所求得的频谱中并在与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度内提取峰值频谱强度。
根据本发明的第九个方面，在第六至第八个方面中的任意一个方面中，第一步骤是纱线与根据所接收到的力产生检测信号的所述检测装置相接触，且根据接收自纱线的力输出检测信号。
根据本发明的第十个方面，在第九个方面中，所述检测装置在靠近横向转折点处与纱线相接触。
根据本发明的第十一个方面，一种张力检测方法，其根据接收自在确定频率下改变其位置的被检测对象的力输出检测信号，并根据检测信号求出被检测对象的张力，其包括以下的步骤：对检测信号进行频率分析，从分析结果中提取与检测信号输出的确定频率相对应的数据，以及根据所提取的数据求得被检测对象的张力。
根据本发明的第十二个方面，在第十一个方面中，频率分析步骤中是在略大于所确定的最大频率值的范围之内进行频率分析。
根据本发明的第十三个方面，在第十一或第十二个方面中，提取数据的步骤是从分析结果中并在与检测信号输出的确定频率相对应的数据内提取峰值数据。
根据本发明的第十四个方面，一种张力检测装置，其包括一个检测装置，该检测装置根据接收自在确定频率下改变其位置的被检测对象的力来输出检测信号，并根据检测信号求出被检测对象的张力。张力检测装置还包括用于对检测信号进行频率分析的分析装置和从分析结果中提取与检测信号输出的确定频率相对应的数据的提取装置。根据所提取的数据求得被检测对象的张力。
根据本发明的第十五个方面，在第十四个方面中，所述分析装置在略大于所确定的最大频率值的范围之内进行频率分析。
根据本发明的第十六个方面，在第十四或第十五个方面中，所述提取装置从分析结果中并在与检测信号输出的确定频率相对应的数据内提取峰值数据。
根据第一或第六个方面，可以获得检测信号的频谱，并提取与横向频率相对应的频谱强度。因此，可消除各种分量例如谐波分量和机械振动分量来获得纱线的张力。检测信号包括由绕线筒或类似装置旋转而引起的纱线卷绕装置自身的振动分量和谐波分量。但是，通过分析频率，可提取出与纱线横向频率相对应的频谱强度，并可获得不包含各种分量例如谐波分量和机械振动分量的准确张力值。利用FFT(快速傅立叶变换)迅速求得频谱。
根据本发明的第二或第七个方面，由于通过限制待分析的频率值来确定横向频率的值，因此，使得频率分辨率可变得不平滑并达到用于检测纱线张力所必需的分辨率，并且可缩短分析频率所需的时间。
根据本发明的第三或第八个方面，检测信号在与横向频率相对应的频谱位置处具有频谱强度峰值。因此，通过由峰值频谱强度计算纱线张力，就可获得准确的张力值。
根据本发明的第四或第九个方面，通过使横向移动而周期性改变其位置的纱线与接触部分接触，根据由纱线周期性地作用于接触部分上的力，就可获得以对应于横向频率的周期进行变化的检测信号。
根据本发明的第五或第十个方面，由于纱线张力是在靠近横向转折点处进行测量的，因此，可将张力检测装置对纱线的反作用减小到最小，并且在不损坏纱线质量的情况下就可对纱线的张力进行检测。
根据本发明的第十一或第十四个方面，对检测信号的频率进行分析并从分析结果中提取与被检测对象的变化频率相对应的数据。因此，通过消除各种分量例如谐波分量和机械振动分量，获得了被检测对象的张力。例如，可利用FFT(快速傅立叶变换)来分析检测信号的采样数据频率，并可提取与被检测对象的变化频率相对应的数据。
根据本发明的第十二或第十五个方面，由于通过限制待分析频率的值来确定被检测对象的变化的频率值，因此，使得频率分辨率可变得不平滑并达到用于检测张力所必需的分辨率，并且可缩短分析频率所需的时间。
根据本发明的第十三或第十六个方面，检测信号在与被检测对象的变化频率相对应的数据位置处具有峰值。因此，通过由峰值数据计算张力，就可获得准确的张力值。
附图说明
图1是具有本发明张力检测装置的纱线卷绕装置的一个实施例的透视图。
图2是图1所示纱线卷绕装置的主体部分结构的一个实施例的方框图。
图3是张力检测装置的传感器部分的一个实施例的透视图。
图4是张力检测装置的计算单元的一个实施例的方框图。
图5示出了一个检测信号的例子。
图6示出了检测信号的频率分析结果的例子。
图7是频率分析过程的一个实施例的流程图。
图8是频率分析过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。
图1示出了具有本发明张力检测装置的纱线卷绕装置的一个实施例。如图1所示，来自纺纱头(图中未示出)的多根丝线(后面将称为“纱线”(在图中示出了6根纱线))通过一对导丝辊2、3，然后***并穿过位于固定支架5上的每个横向支点导向件6，经过后面所要进行描述的张力检测装置的传感器部分(接触部分)S1-S6，输送到拉紧卷绕机TW上。
拉紧卷绕机TW包括两个位于卷绕位置和准备位置的锭子7、8。多个绕线筒(纸制圆筒)(在图中示出了6个绕线筒)插在锭子7上，且纱线分别卷绕在每个绕线筒11上。其上形成纱线层的绕线筒11被称为卷束P1-P6。当卷束P1-P6上的纱线层达到预定的量时，位于卷绕位置的锭子7与位于准备位置的锭子8的位置进行掉换，并将纱线卷绕在锭子8的空绕线筒上。用于向纱线层圆周表面作用适当压力的接触辊9设置在卷束P1-P6的纱线层的圆周表面附近。卷绕机构由作为基本部件的锭子7和绕线筒11构成。
用于横向移动纱线(在每个绕线筒11的预定宽度范围内横向移动每根纱线)的横向移动装置10设置在锭子7的上方。作为横向移动纱线的支点的横向支点导向件6和张力检测装置的传感器部分S1-S6也设置在横向移动装置10的上方。横向移动机构由作为基本部件的横向移动装置10构成。
如图2所示，锭子7通过锭子马达MSP驱动旋转，且锭子7的转速通过传感器SSP进行检测。纱线通过马达MTR作为驱动源进行横向移动，横向移动的频率通过传感器STR进行检测。接触辊9的转速通过传感器SCR进行检测。每个传感器SSP、STR、SCR的检测信号传递到控制装置例如中央处理单元(CPU)。每个马达MSP、MTR的转速通过控制装置例如CPU进行控制。
张力检测装置包括用于测量纱线张力的传感器部分(检测器)S1-S6和用于由传感器部分S1-S6输出的检测信号求得张力的计算单元TC。如图3所示，每个传感器部分S1-S6包括一个弹性板12、一个U形接触部分15和一个支承杆13，在弹性板12上设置有应变测量仪14，且弹性板12的一侧是固定的，U形接触部分15可在横向转折点处与纱线接触，支承杆13将接触部分15支承在弹性板12上。当接触部分15与纱线接触并沿横向(箭头A的方向)运动时，由于弹性板12的一侧是固定的，因此，其另一侧就产生运动(箭头B的方向)且弹性板12产生应变。每个传感器部分S1-S6发出与应变相对应的检测信号，并将其传递到计算单元TC。
如图4所示，计算单元TC包括低通滤波器(LPF)21、多路转换器(MPX)20、模/数转换器(ADC)22和中央处理单元(CPU)24。LPF21从传感器部分S1-S6发出的检测信号(模拟信号)截取1/2倍或多倍的ADC采样频率的频率分量。MPX20选择一个通过LPF21的检测信号。ADC22将MPX20选择的检测信号转换成数字信号。CPU24接收用于检测横向频率的传感器STR的输出信号和ADC22的输出信号。CPU24通过选择信号指令输出信号接受MPX20的选择。CPU24接收来自传感器SCR、SSP的输入检测信号，并控制马达MSP、MTR。
CPU24可用作求取检测信号频谱的分析装置24a。CPU24还可用作提取装置24b，提取装置24b可从分析装置24a求得的频谱中提取出与横向频率相对应的频谱强度。CPU24可根据提取装置24b所提取的频谱强度求出纱线的张力。所求得的频谱和所提取的频谱强度存储在存储器24f中。
图5示出了检测信号的一个例子。检测信号包括横向分量和谐波分量。图6示出了图5所示张力检测信号的频率分析结果的一个例子。
CPU24(提取装置24b)用作提取最接近横向频率的频谱强度峰值的装置。所提取的频谱存储在存储器24f中。
在纱线卷绕过程中略微调节横向频率以便于调节每个卷束P1-P6的纱线层的形状。例如，为了调节卷绕角度(绕线筒11的旋转方向与纱线卷绕方向所形成的夹角)，可改变横向频率。例如，可较大地改变横向频率，以避免发生所谓的带状卷绕，也就是由于横向频率是卷绕旋转周期的整数倍而使纱线卷绕在同一部分上的卷绕。CPU24可对横向频率进行控制。当改变横向频率时，可废弃改变之前的数据，并利用改变之后的数据来检测张力，或者可利用改变之前的数据和改变之后的数据来检测张力。
下面将对利用本发明的张力检测装置来检测纱线的张力进行描述。图7和8示出了张力检测过程的一个实施例。图7主要示出了对每个传感器部分S1-S6的输出信号进行采样的过程。图8主要示出了通过CPU24对检测信号的频率进行分析和计算张力的过程。采样和计算主要通过CPU24进行。在该实施例中，采样的数目是128。
如图7所示，在开始采样之前，对MPX20的切换计数器值Nx和采样计数器值Nd进行复位(S10)。当切换计数器值Nx为0、1、……、5时，选择传感器部分S1、S2、……、S6中的一个。将这些Nx和Nd值存储在存储器24f或CPU24的类似装置中。由于切换计数器值Nx为0，因此，CPU24通过MPX20选择传感器部分S1并通过ADC22将传感器部分S1输出的检测信号转换为数字信号(S12)。在转换为数字信号之后(S14：是)，切换计数器值Nx加1(S16)并将MPX20的输出切换到传感器部分S2(S18)。当切换计数器值Nx没有达到6时(S20：否)，将传感器部分S2-S6输出的检测信号以同样的方式转换为数字信号。
当切换计数器值Nx达到6时(S20：是)，由于传感器部分S1-S6的检测信号转换为数字信号，因此，将切换计数器值Nx复位(S22)并将采样计数器值Nd加1(S24)。当计数器值Nd未达到128时(S30：否)，继续进行采样。当计数器值Nd达到128时(S30：是)时，由于已完成了128个采样，因此，计数器值Nd复位(S32)，且表示采样已完成的参数FLUG更新为“1”(S34)。重复同样的过程继续进行采样。
如图8所示，当表示采样已完成的参数FLUG为“1”时(S40：是)，CPU24进行FFT运算(S42)并将参数FLUG返回到“0”(S44)。根据FFT运算结果计算每个频谱强度(幅值)(S46)。CPU24从计算结果中提取最接近横向频率的频谱强度峰值(S48)，并由所提取的频谱强度求得张力。每个传感器部分S1-S6的输出信号就等于张力。将所获得的张力存储在存储器24f中。采样(图7)和张力计算(图8)同时进行。
通过利用所获得的纱线张力，例如，可控制锭子7的转速或可监测异常的纱线张力。由于为每一个卷束P1-P6检测纱线张力，因此，可根据6个张力的平均值、两端(P1、P6)或中间(P2、P5)张力的平均值或预定卷束的张力来进行控制。
上面已通过将本发明的张力检测装置用于纱线卷绕装置中的一个例子来对本发明进行了描述。但是，本发明的张力检测装置可用于任何的装置，而并不局限于纱线卷绕装置。另外，尽管作为一个例子描述了纱线张力的检测过程，但检测并不限于纱线，而是可检测任何被检测对象的张力。
根据第一或第六个方面，可以获得检测信号的频谱，并提取与横向频率相对应的频谱强度。因此，可消除各种分量例如谐波分量和机械振动分量来获得纱线的张力。检测信号包括由绕线筒或类似装置旋转而引起的纱线卷绕装置自身的振动分量和谐波分量。但是，通过分析频率，可提取出与纱线横向频率相对应的频谱强度，并可获得不包含各种分量例如谐波分量和机械振动分量的准确张力值。
根据本发明的第二和第七个方面，由于通过限制待分析的频率值来确定横向频率的值，因此，使得频率分辨率可变得不平滑并达到用于检测纱线张力所必需的分辨率，并且可缩短分析频率所需的时间。
根据本发明的第三或第八个方面，检测信号在与横向频率相对应的频谱位置处具有频谱强度峰值。因此，通过由峰值频谱强度计算纱线张力，就可获得准确的张力值。
根据本发明的第四或第九个方面，通过使横向移动而周期性改变其位置的纱线与接触部分接触，根据由纱线周期性地作用于接触部分上的力，就可获得以对应于横向频率的周期进行变化的检测信号。
根据本发明的第五或第十个方面，由于纱线张力是在靠近横向转折点处进行测量的，因此，可将张力检测装置对纱线的反作用减小到最小，并且在不损坏纱线质量的情况下就可对纱线的张力进行检测。
根据本发明的第十一或第十四个方面，对检测信号的频率进行分析并从分析结果中提取与被检测对象的变化频率相对应的数据。因此，可消除各种分量例如谐波分量和机械振动分量，以获得被检测对象的张力。
根据本发明的第十二或第十五个方面，由于通过限制待分析频率的值来确定被检测对象的变化的频率值，因此，使得频率分辨率可变得不平滑并达到用于检测纱线张力所必需的分辨率，并且可缩短分析频率所需的时间。
根据本发明的第十三或第十六个方面，检测信号在与被检测对象的变化频率相对应的数据位置处具有峰值。因此，通过由峰值数据计算张力，就可获得准确的张力值。

Claims (16)

1.一种纱线卷绕装置包括：
用于将纱线卷绕在绕线筒上的卷绕机构；
用于以确定的横向频率使卷绕在绕线筒上的纱线横向移动的横向移动机构；
作为横向移动纱线的支点的横向支点导向件；
设置在所述横向支点导向件和所述横向移动机构之间的检测装置，其根据接收自纱线的力输出检测信号；
用于求取检测信号频谱的分析装置；和
用于从所获得的频谱中提取与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度的提取装置；
其中，根据所提取的频谱强度求出纱线的张力。
2.根据权利要求1所述的纱线卷绕装置，其中，所述分析装置在略大于所确定的最大横向频率值的范围之内求取检测信号的频谱。
3.根据权利要求1或2所述的纱线卷绕装置，其中，所述提取装置从所求得的频谱中并在与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度内提取峰值频谱强度。
4.根据权利要求1-3之一所述的纱线卷绕装置，其中，用于输出检测信号的所述检测装置包括与横向移动的纱线相接触的接触部分以及用于对接触部分接收自纱线的力进行检测的装置。
5.根据权利要求4所述的纱线卷绕装置，其中，所述接触部分在靠近横向转折点处与纱线相接触。
6.一种在以确定的横向频率横向移动时检测移动纱线的张力的方法，其包括：
根据接收自纱线的力输出检测信号的第一步骤；
获得检测信号的频谱的第二步骤；
从所获得的频谱中提取与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度的第三步骤；和
根据所提取的频谱强度求得纱线张力的第四步骤。
7.根据权利要求6所述的张力检测方法，其中，所述第二步骤是在略大于所确定的最大横向频率值的范围之内求取检测信号的频谱。
8.根据权利要求6或7所述的张力检测方法，其中，所述第三步骤是从所求得的频谱中并在与检测信号输出的横向频率相对应的频谱强度内提取峰值频谱强度。
9.根据权利要求6-8之一所述的张力检测方法，其中，所述第一步骤是通过使纱线与根据所接收到的力产生检测信号的所述检测装置相接触，根据接收自纱线的力输出检测信号。
10.根据权利要求9所述的张力检测方法，其中，所述检测装置在靠近横向转折点处与纱线相接触。
11.一种张力检测方法，其根据接收自在确定频率下改变其位置的被检测对象的力来输出检测信号，并根据检测信号求出被检测对象的张力，其包括以下的步骤：
对检测信号进行频率分析；
从分析结果中提取与检测信号输出的确定频率相对应的数据；以及
根据所提取的数据求得被检测对象的张力。
12.根据权利要求11所述的张力检测方法，其中，所述频率分析步骤是在略大于所确定的最大频率值的范围之内进行频率分析。
13.根据权利要求11或12所述的张力检测方法，其中，所述提取数据的步骤是从分析结果中并在与检测信号输出的确定频率相对应的数据内提取峰值数据。
14.一种张力检测装置，其包括一个检测装置，所述检测装置根据接收自在确定频率下改变其位置的被检测对象的力来输出检测信号，并根据检测信号求出被检测对象的张力，所述张力检测装置包括：
用于对检测信号进行频率分析的分析装置；
和从分析结果中提取与检测信号输出的确定频率相对应的数据的提取装置；
其中，根据所提取的数据求得被检测对象的张力。
15.根据权利要求14所述的张力检测装置，其中，所述分析装置在略大于所确定的最大频率值的范围之内进行频率分析。
16.根据权利要求14或15所述的张力检测装置，其中，所述提取装置从分析结果中并在与检测信号输出的确定频率相对应的数据内提取峰值数据。
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