CN101603244B

CN101603244B - 非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置

Info

Publication number: CN101603244B
Application number: CN2009100633412A
Authority: CN
Inventors: 张智明; 梅顺齐; 肖人彬; 徐巧; 蔡池兰; 詹白勺
Original assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST
Current assignee: Zhuhai Blue Square Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: CN101603244A

Abstract

本发明涉及纺织设备，尤其涉及一种非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有带动织带回旋进行编织的卷取辊，卷取辊由交流异步电机驱动；在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，织带团外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置。本发明采用非接触式检测织带的张力和卷取半径的变化，不会因接触织带而对其张力产生影响，检测结果更加精确；结合电机的调速与气缸带动调节辊共同调节织带张力，张力调节更迅速更有效。

Description

非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置

技术领域

本发明涉及一种纺织设备技术领域，尤其涉及一种适用于圆筒编织机的非接触式实时检测织带张力变化并自动调整张力实现恒张力的织带卷取装置。

背景技术

自动编织机编织带的质量在很大的程度上取决于送经和卷取时所受的张力，特别是卷取时的张力，直接影响到织带的质量，织带张力过大，会使织带受损，增加断头；织带张力过小，会出现卷曲影响生成编织带的平滑度。因此必须把织带的张力波动控制在一定的范围内。

目前，传统的卷取机构采用异步电机传动凸轮的方式实现张力控制，凸轮上方用重物压，但当织带张力增大到一定程度时，凸轮开始打滑，而且采用凸轮传动，随着织带卷绕直径的不断增加，织带受力越来越大，引起织带受力不均匀，从而使织带开始受力较小，编织稀疏，之后越来越密，织造不美观。

为此，专利号200720085342.3公开的圆筒包装带自动编织机的恒张力织带卷取装置在如何保持织带的张力恒定方面做了改进，用张力传感器和半径探测器对织带的张力及卷取卷装半径进行检测，然后将信号传送给控制器以控制驱动卷取辊电机的转速。但这种装置存在以下缺点：

(1)所用的半径探测器和张力传感器均为接触式检测，即与织带接触或是与卷装接触来获取检测信号，这种接触式检测容易改变织带本身的张力，影响检测结果的准确性；

(2)检测到张力发生变化后，仅仅由控制器控制卷取电机的转速来调节织带张力，调节效果不够实时快速。

为此，圆筒包装带自动编织机的恒张力织带卷取装置的发明人对装置做了进一步的改进。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种非接触式检测、调节织带张力效果更佳的非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置。

为达上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有带动织带回旋进行编织的卷取辊，卷取辊由卷取电机驱动；其特征在于：在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，卷装外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置，张力调节装置包括动力机构和调节辊，动力机构的输出端连接调节辊，动力机构由PC工控机控制；电荷藕合器件图像传感器采集织带图像信号，此信号通过图像采集卡传送给PC工控机；超声波传感器采集卷装直径信号，此信号通过信号采集卡传送给PC工控机；PC工控机对织带图像信号、卷装直径信号进行处理，得出织带张力变化值，当织带张力变化值超出预设范围时，PC工控机控制卷取电机和张力调节装置的动作。

所述张力调节装置的动力机构包括有调节电机、齿轮齿条传动装置，齿轮连接在调节电机的输出轴，齿条末端铰接调节辊，齿轮齿条啮合传动，调节电机为交流电机，调节电机配置有变频器，变频器由PC工控机通过运动控制卡控制。

所述张力调节装置的动力机构包括有气缸，气缸缸体固定，活塞杆末端铰接调节辊，气缸配备有电磁阀，电磁阀与PC工控机电气连接。

所述超声波传感器包括有超声波发射器与超声波接收器。

本发明的有益效果是：采用电荷藕合器件图像传感器和超声波传感器非接触式检测织带的张力和卷取半径的变化，不会因接触织带而对其张力产生影响，检测结果更加精确；结合卷取电机的调速与调节辊上下移动共同调节织带张力，张力调节更迅速更有效；电荷藕合器件图像传感器可以对调节后织带张力进行实时检测以应用于反馈控制。

附图说明

图1为本发明实施例1电气连接示意图；

图2为本发明实施例2电气连接示意图；

图3为本发明实施例控制原理图图；

图4为本发明实施例控制流程图；

图中标记说明：1-PC工控机，2-图像采集卡，3-信号采集卡，4-变频器，5-运动控制卡，6-电平转换装置，7-超声波传感器，8-调节辊，9-电磁阀，10-导辊，11-电荷藕合器件图像传感器，12-卷取电机，13-气缸，14-调节电机，15-变频器II，16-运动控制卡II。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明，参见图1至图4：

按本发明实施的非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有卷取辊，卷取辊由卷取电机12驱动转动，从而将织带缠绕在辊上，卷取电机12采用交流异步电机。织带的线速度等于角速度与卷装半径的乘积，而随着卷取的进行，卷装的半径随之增加，若卷取电机12速度保持不变的话，织带卷入的线速度就会增大，引起织带张力变大。当织带张力变化范围超过初始张力的10％后，对编织效果有明显的影响，所以须对卷装的半径和织带的张力进行检测。织带初始张力的确定受到卷取辊直径、织带类型等多种因素影响，而织带的张力与织带线速度成正比，若织带线速度为0.01米/分钟卷入时织带张力较佳，所以织带初始张力的确定根据织带线速度为0.01米/分钟、卷装半径为卷取辊半径时用手持式电子张力测量仪测量所得，测五次取中间值以减小误差。

本发明采用如下方案：在两导辊10间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器11，卷装外周设置有超声波传感器7，电荷藕合器件图像传感器11、超声波传感器7均为非接触检测传感器。

电荷藕合器件图像传感器11连接有图像采集卡2，图像采集卡2与PC工控机1连接，电荷藕合器件图像传感器11，即CCD传感器使用高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。CCD图像传感器11具有精度高、灵敏度高、自扫描和光谱响应宽等优点，因此被广泛应用在图像扫描、非接触式尺寸检测等方面。

本实施例中采用的CCD传感器11为维视MV-1300FC/FM工业摄像头，具有分辨率高、图像质量好的特点，应用于工业检测、智能交通、机器视觉、科研、军事科学、航天航空等众多领域，与CMOS数字相机相比，无论是静态采集还是动态采集，均可以得到无变形的高质图像。该型号摄像头具备1280×1024像素的分辨率，采集帧率为14帧/秒，图像采集卡2则选用维视MV-M2000图像采集卡2，该卡最大点频220M，采集分辨率1280×1024。将维视MV-M2000图像采集卡2直接插入PC工控机1主板的扩展槽内，通过PCI数据总线进行数据传送。维视MV-1300FC/FM工业摄像头自带的信号线与图像卡的视频输入插孔相连，维视MV-1300FC/FM工业摄像头自带支架，架设在两个导辊10之间的织带外侧，对导辊10之间的织带静态图像进行摄取，并转换为视频信号传送给图像卡，图像卡实时采集视频信号并进行A/D转换后存入存储通道中，供PC工控机1调用处理，采集间隔时间为0.01s。

织带卷取过程中，织带张力与织带形态几何参数之间存在函数关系，如果测得织带下垂夹角，即可计算出织带张力，具体计算公式为：

F = \frac{ρLg}{\cos α},

式中F-织带张力(N)，ρ-织带线密度(Kg/m)，α-织带与铅直方向夹角，g-重力常量，L-导辊间织带的长度。由于α角度很小，L取导辊间直线距离。初始张力值记为F₀，

F_{0} = \frac{ρLg}{\cos α_{0}},

α₀为初始夹角，卷取过程中对α进行检测，当cosα/cosα₀达到1.1时，织带实时张力F超出初始张力F₀的10％，就必须调节张力。

超声波传感器7包括超声波发射器与超声波接收器，超声波传感器7固定安装在卷装外周的机架上，超声波传感器7与信号采集卡3连接，经过信号采集卡A/D转换后接入PC工控机1，超声波测距采用基于同地收发脉冲反射式的测距方式，记录超声波从发射到接收到的时间间隔t，根据公式S＝Ct/2来计算被测距离，式中S-发射器与卷装间的距离，C-超声波的传播速度，由于超声波在温度10°～30°时的声速分别为338m/s、349m/s，变化不大，所以C取20°温度下声速344m/s，测得发射器与卷装间的距离后，计算卷装的半径R＝S₀-S+R_j，S₀-卷取初始时测得的发射器与卷取辊辊面距离，R_j-卷取辊半径。卷取初始时S＝S₀，R₀＝R_j。

由于F＝KωR，式中K-织带张力与织带线速度的比例常数，ω-卷取轴角速度，R-卷装半径。当ω保持不变时，织带张力F与R呈正比例关系，当检测R变化超过10％时，需调节卷取电机12的角速度ω以保持F变化在10％范围内。

卷取辊由卷取电机12驱动，通过调节卷取电机12的转速来调节卷取速度，从而调整织带张力，卷取电机12采用交流异步电机，PC工控机1连接有运动控制卡5，运动控制卡5完成D/A转换后通过变频器4与交流异步电机连接，调节变频器4的频率可以调节卷取电机12的转速，运动控制卡5则起到A/D转换和电平转换的作用。并通过上述CCD传感器11采集的张力信号进行反馈控制，当张力变化范围在预设值10％内时，停止电机转速的调节。为了使张力调节得更迅速更有效，同时在靠近卷取辊处设置张力调节装置，张力调节装置包括动力机构和调节辊8，动力机构的输出端连接调节辊8，动力机构由PC工控机1控制。动力机构有两种形式，实施例1中的动力机构采用的是气缸13，气缸13缸体固定，活塞杆末端铰接调节辊8，气缸13配备有电磁阀9，PC工控机1经过电平转换装置6后连接电气连接电磁阀9，控制电磁阀9可以起到控制气缸13换向、启动、停止的动作。实施例2与实施例1其它结构都相同，不同的是张力调节装置的动力机构包括有调节电机14、齿轮齿条传动装置、调节辊8，齿轮连接在调节电机14的输出轴，齿条末端铰接调节辊8，齿轮齿条啮合传动。调节电机14选用配备有变频器II 15的交流电机，由PC工控机1通过运动控制卡II 16控制驱动。张力调节装置配合卷取辊的电机一起对织带张力进行调节，当织带张力过大时，调节辊8向上移动，减小织带的绕角以减小张力，反之，调节辊8向下移动，增大织带的绕角以增加张力。

本发明的实施过程为：确定织带初始张力，用键盘输入织带张力变化值的预设范围即初始值的10％，启动卷取电机12，织带卷取开始，CCD传感器11和超声波传感器7每间隔0.01s分别对织带的张力和卷取辊上的卷装半径进行检测，当检测到卷装半径增加超过范围或织带张力超出范围则减小卷取电机12的转速，同时移动调节辊8的上下位置，待检测到的张力重新落入允许范围内，调节停止。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims

1.一种非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有带动织带回旋进行编织的卷取辊，卷取辊由卷取电机驱动；其特征在于：在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，卷装外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置，张力调节装置包括动力机构和调节辊，动力机构的输出端连接调节辊，动力机构由PC工控机控制；电荷藕合器件图像传感器采集织带图像信号，此信号通过图像采集卡传送给PC工控机；超声波传感器采集卷装直径信号，此信号通过信号采集卡传送给PC工控机；PC工控机对织带图像信号、卷装直径信号进行处理，得出织带张力变化值，当织带张力变化值超出预设范围时，PC工控机控制卷取电机和张力调节装置的动作；所述张力调节装置的动力机构包括有调节电机，齿轮齿条传动装置，齿轮连接在调节电机的输出轴，齿条末端铰接调节辊，齿轮齿条啮合传动，调节电机为交流电机，调节电机配置有变频器，变频器由PC工控机通过运动控制卡控制；或者所述张力调节装置的动力机构包括有气缸，气缸缸体固定，活塞杆末端铰接调节辊，气缸配备有电磁阀，电磁阀与PC工控机电气连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，其特征在于：所述超声波传感器包括有超声波发射器与超声波接收器。