[发明专利]一种非接触式纱线张力测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纺织系统自动络筒机的纱线张力测量领域，尤其涉及一种利用CCD技术进行纱线张力的非接触式测量方法和装置。

背景技术

在纺织加工过程中，纱线张力是一个十分重要的参数，张力的大小和稳定直接关系到产品质量、生产效率以及后续加工的顺利进行，因此对纱线张力的测试和控制一直是人们十分关注的问题。目前较为典型的用于测量生产过程中纱线张力的方法有电阻应变式、磁电感应式、电容式等方法，其核心思想就是将张力的变化通过力传导机构转化为电信号进行测量，但以上各种测试装置均为直接接触式检测形式，这对于纱线张力的检测存在一些问题，如测量头的磨损、接触状态的变换、直接接触容易造成纱线断头、信号采集不妥容易造成测量误差等。随着纺织技术的发展，纺织加工速度越来越高，因此上述检测方式已经逐渐满足不了现代纺织工业的需要了，非接触测量将是未来发展方向。

目前已有厂家采用CCD测量方式进行纱线张力的非接触测量，其基本原理是：受重力影响原本水平的纱线会产生一个向下的垂度，张力越大则产生的垂度越小。只要通过CCD采集当前纱线的图像，再利用图像手段计算出当前纱线的垂度即可得到纱线张力。这种方法存在的问题是：随着垂度的增加，悬跨张力缓慢地变小；而随着垂度的减小，悬跨张力急剧地增大。这说明，对应于不同的原始垂度，检测的灵敏度和精度是不同的。对应于同等的悬跨张力变化，原始垂度越小，引起的垂度变化也越小；原始垂度越大，引起的垂度变化也越大。但CCD的垂度分辨率是一定值，并不随垂度的不同而变化。因此，随着垂度的变化，使得其检测精度降低，检测误差增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种利用CCD检测纱线直径的大小，通过直径的变化而间接得到纱线张力的变化，从而实现对张力的非接触测量。

本发明的纱线张力的非接触式测量装置，包括平行光发射装置、纱线引导装置、成像透镜、成像CCD单元、视频处理单元、后期处理单元，所述平行光发射装置在最左端，其余部分由左向右依次为所述纱线引导装置、成像透镜、成像CCD单元、视频处理单元、后期处理单元，所述纱线引导装置中有纱线通过，所述平行光发射装置所产生平行光垂直、均匀的投射到所述纱线上，所述纱线引导装置使所述纱线平行于所述成像透镜，所述纱线经过所述成像透镜在所述成像CCD单元上投影，所述成像透镜采用变焦机构，可实现放大倍数的连续调整，使所述纱线在所述成像CCD单元上的成像占CCD面积的三分之一以上，确保后续图像处理的精度，所述成像CCD单元采集放大后的所述纱线投影转化为电信号提供给所述视频处理单元，所述视频处理单元对采集的纱线视频信号进行滤波、分析、处理等操作，实现对所述纱线的直径高精度测量，所述视频处理单元根据获取所述纱线的图像数据计算当前帧的直径，所述后期处理单元对获取的所述纱线的当前帧的直径计算进行预处理、计算的结果进行显示、存储、传输，并据此结果进行后续控制。

所述后期处理单元(7)数据预处理阶段采用中值滤波和均值滤波相结合的方法去除干扰。

本发明的纱线张力的非接触式测量方法是应用CCD图像传感器测量纱线张力，其原理是在平行光源的照射下，通过光学系统将纱线直径的阴影放大后投射到光电陈列上，从而使CCD图像传感器输出与纱线阴影相对应的电信号，经过计算机的处理后得到最终结果并记录或显示纱线张力大小及纱线张力的变化情况。

本发明将这种方法称之为“直径法”。“直径法”检测的基本原理如下：

假设纱线为弹性体，由材料力学可知纱线的横向应变为：

ε1＝Δd/d       (1)

式中，Δd-纱线在外力作用下的线径变化值；d-纱线原始直径。

纱线横向应变与轴向应变关系为：

ε＝ε1/μ       (2)

式中，μ-纱线泊松比。

轴向应力为：

δ＝P/S＝Eε＝Eε1/μ       (3)

式中，S-纱线截面积；P-纱线张力；E-纱线弹性系数。

将S＝πd²/4及(1)式代入上式得：

p＝(πEdΔd)/(4μ)       (4)

由公式(4)知，除了Δd以外都是可以事先知道的常量，只要测得实际的纱线直径d_实测，与纱线原始直径d比较得到Δd，再通过计算就可获得纱线张力。