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染整企业数字化转型的基础构建(九)——织物纬密及纬斜的测控①

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-04-08  作者:陈立秋  浏览次数:7482
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1 织物纬密、纬斜传感器
1.1 光栅传感器的原理
      光栅传感器是一种新型的位移传感器。它不但可以测量位移(长度),而且还可以测量坐标、角度、速度和加速度。这种传感器的特点是测量精度高(可达±1m,国外光栅测量仪的分辦率可达0.5μm)、响应速度快和量程范围广等。因此,在机械加工和自动控制中得到了广泛的应用。
光栅传感器由标尺光栅和指示光栅组成,两者的光刻密度相同,但体长相差很多,其结构如图1所示。
光栅条纹密度一般为25条/mm,50条/nm,100条/nm和250条/nm四种。
 
 
 
 
      把指示光栅平行地放在标尺光栅上面,并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度θ,这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹,称为莫尔条纹,如图2所示。
当光栅沿图2的方向移动时,莫尔条纹将向上运动,当光栅移动一个节距P时,条纹将移动距离d。如光栅向另一方向移动时,条纹则向下移动,若θ很小,则有:
式中:d——莫尔条纹间距,nm;P——光栅节距,nm;θ——标尺光栅与指示光栅的夹角,rad。
      这种效应提供了一种可观测的条纹,因为每当移动一个栅节距时,莫尔条纹就移动一个较长的距离d。
      光栅可分透射光栅和反射光栅两种,其结构原理如图3透射光栅的线条刻制在透明的光学玻璃上;反射光栅的线条刻制在具有强反射能力的金属板上,一般用不锈钢。
      为了获得相位依次相差90°的电信号,使用四个光电元件,并调整到使光电元件A、B、C、D的输出彼此相差90°电角度,则A与C,B与D的输出为反相,如图4所示。
 
 
1—光源 2—透镜 3—指示光栅  4—标尺光栅 5—光电元件
      为了提高位移测量精度,要求仪表具有较小的分度值,减少栅距可以部分地达到这一目的,但毕竟是有限的。为此,目前广泛地用内插法把光栅栅距加以细分,即减小脉冲当量,提高仪器的分辦能力,从而提高测量精度。
 
 
1.2 检测织物密度的传感器
      ZML型纬纱和网格计数器用来测定纬纱的数目及相对距离。图5是工作原理示意图。
 
 
1—光发送器 2—光接收器 3—光电距离发送器 4—测量控制器 5 操作器Ⅰ、操作器Ⅱ 6—指示器
      织物的单纱通过精密光学透镜,投射到光接收器2上,产生一正弦交流信号,它的频率是与给定距离内的纱线数量成正比的。该信号经过光电变换,前置放大后进入测量控制器4进行放大,变换、计算再通过电子门电路而输入到计数中。另外在运动的布面上还装有无打滑现象的光电距离发送器3,其结构和原理与DMA、DMG型伸缩测量装置中的冲脉发送器相同。
      当通过预先设定的距离时,该光电距离发送器发送出接通或断开的电气信号,加到电子门上,这就反映出在规定的长度内的纬纱或网格的数目,所得到的数字结果输到小型计算机并变换成模拟量,作为一个控制信号在指示器6上指示出来。
      标准量程为5~50根/cm,也可供应特殊量程。测量密度为0.15根/cm,测量距离为7cm,最低车速(在最小纱线计数时)约为3.6m/min,最高车速(在最大纱线计数量)约为200m/min。
      玛诺公司的在线检测机织物纬密和针织物目数的装置(FAMCONT PMC-9),是一种灵敏的非接触式感光电子传感器,可根据织物的厚薄选用穿透光或反射光检测,不受织物的表面组织的影响,精度达0.1picks/cm,具有双直面、数字界面,接触式彩色显示屏和工艺数据记录的功能,检测范围70根/cm,适宜车速100~150m/min。
2 纬斜检测
      光电整纬理论首先是由Mahlo公司1959提出,并制成了第一台电子管式光电整纬器,由于采用电子管器件体积较大功耗也大,从20世纪60年代起开始用半导体元件,并不断改进直到目前采用集成元件,控制箱体积较紧凑,功耗也大为减少,最新型的RFMC-7或RFMC-7N型控制箱电源容量只需约1kV·A。
      ORTHOMAT光电整纬器适用于多品种,其中S型适用于机织物,N型适用于针织物。由于针织物提花结构复杂多变,为了正确采集纬斜信号。所以N型光电整纬器的检测头采用电磁振动式,在工作过程中其光栅以每秒10次的频率和±8°振幅范围内振动。整个N型检测头由外壳体、内支架、光栅、电磁振荡器、伺服电动机、电位器、取位开关、拨叉、印刷电路板、硅光电池等组成。N型检测头的工作原理是:当纬斜超过0.1°时,硅光电池便有信号输出,信号经放大后驱动伺服电动机偏转,其旋转方向由斜纬方向决定,伺服电动机偏转时,带动光栅一起偏转,从而使纬纱与光栅之间的夹角得到自动调整,直至当夹角小于0.1°时,伺服电动机停止转动。线性矫正范围±0.2°~±10°,最小位移量5mm(幅宽1800mm)。
2.1 纬斜测量原理
      如肉眼从织物上产生的不同光亮度的条纹而感觉织物的纬纱位置,ORTHOMAT扫描器通过明暗调制光电效应反映织物纬纱或线圈结构的位置并发出成比例的交流电信号。计算电路从这些信号的大小和方向取得纱线的瞬时位置信息并由此不断测定与所给定的正常位置的偏差,即“纬斜”。
      织物的纬斜会改变它的基本组织,降低织物的使用价值,影响到以后的生产工序,并会导致客户的抱怨。欧特玛光电整纬器能自动探测纬斜量并自动矫正之。欧特玛光电探测头可以自动探测及分析机织物、针织物的纬斜量,而不受织物颜色或印花图案和绒毛及织物毛圈的影响。
      探测头及其对应的光源灯泡均匀地分布在织物幅宽内。探测头根据织物的密度自动调节光源的亮度,并在探测头接收器上接收到明暗交替的信号。每个探测头里的玻璃圆棒在水平方向上成角度地上
下寸动。当纬纱与玻璃圆棒平行时,信号最为显著;当纬纱与玻璃圆棒逐渐成角度时,信号将减弱,直到纬纱与玻璃圆棒垂直时为最弱。
      探测系统可以分析各种信号变量,并通过计算机输出纬斜角度度数。图6是探测头上的玻璃圆棒示意图。
 
 
      对于某些特定的织物,如灯芯绒,表面结构可以辨认,但光线还是无法穿透,用反射光探测比穿透光探测更为合适。因此,在每个欧特玛探测头的下部都有一排发光二极管可以作为反射光源而与标准穿透光源交替切换使用。见图7。
 
 
      RFMC-7aS型,用于梭织布或简单结构的针织布。它具有光电扫描器。信号由模拟计算得出。输出端信号与纬斜方向相符。矫正辊的调节参数可以在总指示装置的两个指示表上读取。指示表指针可以根据用户要求即时标克在扫描器观察下的纱线位置。
      RFMC-9H型,用于各种纺织品,以数控原理进行工作。它对纬纱纬斜程度大小不同所处的角度范围进行循环扫描,微处理器从光电扫描器的信号中不断计算出与所给定的正常位置的偏差。每一个扫描器的输出端信号与纬斜角度精确成比例。该信号可以通过角度的校调在屏幕上呈现,也可打印出作为记录,表示总调节参数。
      图8是纬斜与织物宽度的函数关系示意图。
 
 
      图9是输出信号与纬斜角度的函数关系示意图。
 
 
      纬斜通过欧特玛(FMC型或RFMC型)光电整纬器的探测头可精确地、角度成比例地被探测到,并直接在显示屏上准确地反映出实际的结斜情况。见图10所示。
 
 
      在显示屏上可以看到三条横向光带,即探测头探测到的现时纬斜形状。在车速较快的情况下,操作人员由肉眼在机器上是分辨不出织物的纬斜情况的;有了显示屏,只要在屏幕上一瞥,即可一目了然,并还能看到现时斜纬和弧纬的百分比值。
      另外,屏幕的下半部分将持续不断地显示前60min内斜纬和弧纬的记录情况,图形也不断地通过计算机数据即时更新,图形比例也可以根据要求来设置。在横向光带左右的箭头表示织物的流向,它的右下部分的数据表示预先设定纬斜量。
 
 
 
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