[发明专利]一种非接触式纱线张力检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种非接触式纱线张力检测系统及方法，包括用于传导纱线的导纱轮，还包括由线阵CCD图像采集装置组成的探测头、FPGA芯片、用于为FPGA芯片供电的电源、PC上位机，线阵CCD图像采集装置包括平行光源、依次位于平行光源的通过路径上的棱镜、成像透镜和线阵CCD传感器，在平行光源照射下，纱线的阴影成像在线阵CCD传感器上，线阵CCD传感器检测纱线的阴影大小变化，将阴影大小变化信号传送到ADC转换器中，ADC转换器负责将接收到模拟信号转化为数字信号送进FPGA芯片中进行运算得出纱线的张力值。本发明可以在细纱机不间断工作的过程中，通过非接触的方式测量纺纱过程中的纱线张力值，比现有的接触式纱线测量方式有着更高的精度。

技术领域

本发明涉及工程与技术科学领域，特别是一种非接触式纱线张力检测系统及方法。

背景技术

中国是纺织大国，在纺织领域具有不可替代的地位，同时，人们对日常生活中所使用的纺织品的质量要求越来越高。在纺织加工过程中，纱线的张力是十分重要的参数，张力的大小与稳定直接关系到产品的质量、档次、生产效率以及后续加工的顺利进行。

一直以来，纱线张力控制是纺纱行业中的难题之一，困难来自两个方面：一是由于纱线张力的数值微小，难以测量、难以控制；二是由于纱线张力控制的成本过高。

目前在纺织行业中普遍使用直接接触式张力测试系统，检测过程中传感器测试元件与被测对象直接接触，不但磨损检测装置而且会对纱线的运行状态产生影响，不能真实反应纱线的张力及其变化。针对传统纱线张力接触测量方法的弊端，提出一种基于CCD技术的纱线张力非接触测量方法。

最近，利用CCD图像传感器获取纱线气圈图像，再利用数字图像处理技术获取纱线气圈边缘以及气圈的形态特征参数，最后根据张力与气圈形态特征参数相关的数学模型计算得出纱线张力的大小，然而，通过获取纱线气圈图像，主要是基于面阵CCD系统，在硬件要求上比较高。而通过测量纱线直径阴影的纱线直径阴影检测法则很少被考虑到。

纱线张力测量系统的主要性能指标包括：速度、精度、稳定性、便捷性以及应用范围等。以上所提出的基于获取纱线气圈图像的非接触式测量方法局限于测量纱线在卷绕过程中的纱线张力，使其在应用范围中受到一定程度的限制。

然而目前的技术处在如何提高纱线张力检测系统的测量精度，而通过获取纱线气圈图像的非接触式测量方法在测量直径较小的纱线的时候，其测量精度会大大下降；CCD是一种积分器件，它通过积分方式对测量的原始信号取样,面阵CCD在积分时间上相对较长，且处理难度高。最终会影响测量精度。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种非接触式纱线张力检测系统及方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种非接触式纱线张力检测系统，包括用于传导纱线的导纱轮，导纱轮由电机驱动，还包括由线阵CCD图像采集装置组成的探测头、FPGA芯片、用于为FPGA芯片供电的电源、PC上位机，所述线阵CCD图像采集装置包括平行光源、依次位于平行光源的通过路径上的棱镜、成像透镜和线阵CCD传感器，所述纱线穿过棱镜与成像透镜之间的间隙且纱线与线阵CCD传感器的光电阵列平行，线阵CCD传感器采集纱线直径的阴影相对应的电信号，线阵CCD传感器的输出端通过ADC转换器连接FPGA芯片的I/O口，ADC转换器将线阵CCD传感器采集纱线直径的阴影相对应的电信号转化为数字信号，FPGA芯片通过运算得出代表纱线张力值的数据，FPGA芯片的输出端通过电机驱动电路与电机连接，PC上位机通过USB单元与FPGA芯片进行数据传输。

进一步，所述FPGA芯片的输出端还连接有报警模块。

进一步，所述线阵CCD传感器采用日本TOSHIBA公司的TCD1209D图像传感器。

进一步，所述FPGA芯片采用Altera公司的EP4CE6芯片。