紗線張力檢測與控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望

1、紗線張力檢測與控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望熊秋元 高曉平 ( )( )常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)校 東華大學(xué) :“”。，摘要 總結(jié)紗線張力檢測與控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢闡述了紗線三輥式張力檢測的原理 。: 對當(dāng)前國內(nèi)外有關(guān)接觸式和非接觸式紗線張力檢測及控制原理的研究狀況進(jìn)行調(diào)研與分析指出當(dāng)前紗線張 ，力檢測和控制技術(shù)的研究主要方向?yàn)椴捎梅墙佑|方式動(dòng)態(tài)測試紗線張力并采取自適應(yīng)控制技術(shù) 以使紗線的張 。、。力保持恒定研究主要集中在提高測試系統(tǒng)的精度性能使用方便性及環(huán)境適應(yīng)性上其發(fā)展的總趨勢是拓 ，; ，; ，展測量范圍提高檢測精度和可靠性采用閉環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒張力控制采用微機(jī)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線非接觸式 。

2、檢測與控制 :; ; ; ; ; 關(guān)鍵詞 紗線張力接觸式檢測非接觸式檢測閉環(huán)控制恒張力控制微機(jī)電技術(shù) + : TS103, 6 2A1001-7415( 2011) 06-0065-04: : 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 文章編號(hào) Cuent Situation and Outlook of rrYarn Tension Measurement and Control Technology Xiong Qiuyuan Gao Xiaoping ( ChangzhouT extile GarmenIt nstitute) ( DonghuaU niversity) bsac The currents

3、 tuaton and deveopment tendency orefs earchng yarn tenson measurement ancdon tro Atrtiiliiltechnology were summarized, The three-roller yarn tension measurementr inpciple was expounded，the current research situation of contact and non-contactte nyasiornn measurement ancdon trol principle at home and

4、 abroad rweesearerc hed and analyzed, It is pointed out that currenta jmor research idrection of yarnt ension measurement ancdon trol technology is using non-contact andydn amic measurement yatrnen sion，and adaptive control technology is used to keep yatrnen sion constant, The maor research focuses

5、mopnro vng measurement systeamcc uracy，performance，usng convenence and jiiiienvronmenta sutabty, The genera trend of measurement syss etexpman dng measuremenrat nge，mprovng accura- iliililiiiicy andr eliability，using closed-loop control technology to achieve constantte nsion control，using micro-elec

6、tro-mechani- cal technology to achieve on-line non-contact measurement canondtro l, Key Words Yarn Tension，Contact Measurement，Non-ContMaceats urement，Closed-loop Control，Constant Tension Control，Micro-Electro-Mechanical Technology ，。，在紡織加工過程中紗線張力是一個(gè)十分重 物結(jié)構(gòu)正常生產(chǎn)時(shí)應(yīng)該使紗線受到的張力處 。，于理想狀態(tài)且恒定若能精確控制張力很多工 要的參數(shù)

7、從紡紗到織造各工序張力的大小和穩(wěn) 30% ，。從而可以增加生產(chǎn)效益 藝可提高速度 、定直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率以及后續(xù)加工 。，、 的順利進(jìn)行因此張力的檢測與控制對于絡(luò)筒1 紗線張力檢測概述 、。 加捻機(jī)織和針織的生產(chǎn)效率有很重要的意義，然而多數(shù)情況下紗線張力的控制達(dá)不到要求導(dǎo) ，在張力檢測中目前廣泛采用的是一 種 三 輥 。，致產(chǎn)量降低和質(zhì)量下降另外紗線張力的變化 ，式張力傳感裝置其中一個(gè)是測量輥兩個(gè)是輔助 會(huì)影響紗線的物理性能，如拉伸強(qiáng)度和彈性、應(yīng)力 。，1 。輥被測紗線繞于三個(gè)輥上如圖 所示 )。應(yīng)變特性當(dāng)張力過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致大分子結(jié)構(gòu)改 被測紗線張力與紗線對傳感器作用力之間的 ，、變從而

8、影響強(qiáng)力紗線表面性能染色性能及織 。關(guān)系滿足歐拉公式 紗線初始張力 F ，經(jīng)輔助輥 GP 張力變?yōu)?F : ( ) ， ， ， ， 39 6 第 卷 第 期 Cotton Textile Technology ?406? 【 66】 2011 年 6 月 R= Fe ( 1 +e ) sin( /2)? x 0 ) ) ) ?sin( /2)R = Fe ( 1 +e ? x 0 : R、R; 、式中為施加在測試輥上的分力 x x ; T = CRT = CR，C 為包纏角紗線張力 或 為校準(zhǔn) x x 常數(shù)。 3 圖 測試軟件框圖 葉國銘等研究了在環(huán)錠紡紗中每一卷繞層氣 ，圈高度和卷繞半徑的變

9、化得出每一層卷繞張力 。的計(jì)算公式及所有卷繞層張力的變化引入一種 測試卷繞張力的方法，如圖 4 所示。 ( a) ( b) 模型一 模型二 1 圖 紗線張力測量的三點(diǎn)模型 2 直接接觸式紗線張力測試 4 圖 張力測試裝置示意圖 目前大多數(shù)紡織工藝中均使用直接接觸式張 。力儀測試紗線張力檢測過程中傳感器測試元件 : 其測試原理和方法如下為鋼領(lǐng)設(shè)計(jì)一個(gè)特 ，與被測對象直接接觸不但磨損檢測裝置而且會(huì) 2，2 5 殊的鋼領(lǐng)套 鋼 領(lǐng) 套 和 外 套 開 有 非 常 光 滑 ，對紗線的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響不能真實(shí)反應(yīng)紗線 ，6，6 的圓弧槽槽中安裝滾珠 利用滾珠 使鋼領(lǐng)套 的張力及其變化。 2 能靈活地 轉(zhuǎn)

10、 動(dòng)。螺 釘 8 將 擋 塊 10 固 定 在 鋼 領(lǐng) 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 套 2 上，這樣擋塊 10 就能隨鋼領(lǐng)套 2 一起回轉(zhuǎn)。 9 ( ) 10， 測試時(shí)用一個(gè)彈簧薄片 懸臂梁抵住擋塊 。使鋼領(lǐng)不能回轉(zhuǎn)當(dāng)鋼絲圈在鋼領(lǐng)跑道上高速滑 動(dòng)時(shí)，鋼領(lǐng)鋼絲圈之間所產(chǎn)生的摩擦力使得鋼領(lǐng) 。9 有一定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢但由于受到彈簧片 的 ，1 ，阻擋作用鋼領(lǐng) 不能回轉(zhuǎn)因此該回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢 ，將轉(zhuǎn)換成作用在懸臂梁上的壓力此壓力使彈簧 。片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變?nèi)缓笤僭趶椈善膬蛇吀髻N ，上兩片電阻式應(yīng)變計(jì)這樣可將摩擦力的變化轉(zhuǎn) ，。換成電信號(hào)的變化再顯示根據(jù)摩擦力的變化 。按下式計(jì)算出張力的變化 2 圖 張

11、力控制系統(tǒng)示意圖 T= / sinN W ，6 當(dāng)紗線張力發(fā)生變化時(shí)對導(dǎo)紗件 作用力 式中: 為紗線卷繞角。 ，5 ，發(fā)生變化進(jìn)而推動(dòng)線圈活塞 軸向運(yùn)動(dòng)在磁場 Tang 構(gòu)建一 個(gè) 用 來 模擬不同氣圈高度和紗 ，線長度時(shí)環(huán)錠紡紗卷繞過程試驗(yàn)平臺(tái)并測試導(dǎo) ，5 ，中切割磁力線產(chǎn)生磁力部件 位移的微小變化 。， 紗眼處紗線張力該試驗(yàn)平臺(tái)包括電機(jī)控制器由貼在其上霍爾芯片檢測，經(jīng)過線路 13 傳遞給控 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及聯(lián)軸器上安裝的張力傳感 14，制器 后者 將 其 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鲝?qiáng)度的變化經(jīng) 放 。器經(jīng)過理論分析推導(dǎo)出環(huán)錠紡紗線卷繞運(yùn)動(dòng)氣 15 ，16 5，大器 放大經(jīng)線路 傳遞給線圈活塞 從而

12、改變線圈的電流，產(chǎn)生軸向力用以抵消由于紗線 ，張力變化所產(chǎn)生的軸向力達(dá)到控制紗線張力恒 2 = T) r /2，T，T 。圈的數(shù)學(xué)模 型其 中 為 導(dǎo) 紗 鉤 處定的目的 0 0 AS511 ，r 。，韓惠民等以 型細(xì)紗機(jī)為研究對象采 紗線張力為測試點(diǎn)處氣 圈 半 徑通 過 檢 測 導(dǎo) 。，。用懸臂梁技術(shù)測試紡紗張力測試軟件框圖如圖 紗鉤處紗線張力用于預(yù)測紗線張力試驗(yàn)平臺(tái) 3 。如圖 5 所示。 所示 39 6 第 卷 第 期 Cotton Textile Technology ?407? 【 67】 2011 年 6 月 。的非接觸式紗線張力測試方法基于紗線張力與 :氣圈結(jié)構(gòu)的關(guān)系公式如下

13、2 2 2 P= T,r+1 / tan ( /2) ,r/4 0 m 0 m : T ，r，式中為紗 線 線 密 度為氣圈最大半徑 m ，。為氣圈最大角 為角速度 0 ，T ，紡紗過程中若 固定 由角速度傳感器測 r，CCD ，試可由 傳感器技術(shù)和圖像處理理論 m 0 5 圖 試驗(yàn)平臺(tái)示意圖 。測試 、，試驗(yàn)中不同氣圈長度不同紗線長度下張力 謝正權(quán)等提出一種非接觸式紗線卷繞張力動(dòng) ，可以用一套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量氣圈形狀 ，。 態(tài)檢 測 方 法即基于圖像處理技術(shù)的檢測方法?？捎脭?shù)碼相機(jī)捕獲在建立環(huán)錠紡氣圈運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué) 借助紗線在卷繞機(jī)橫動(dòng)裝置的作用下做往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，MATLAB ，模型后利 用

14、對 模 型 進(jìn) 行 編 程試 驗(yàn) 模 ，時(shí)因轉(zhuǎn)向所產(chǎn)生曲折而形成的橫波現(xiàn)象通過利 。擬紗線卷繞過程 CCD 用 圖像傳感器拍攝的紗線動(dòng)態(tài)圖像和圖像 ，。 處理 技 術(shù) 求 橫 波 的 速 度進(jìn)而求得紗線張 力3 非接觸式紗線張力測量 Clark ，等基于彎曲和扭轉(zhuǎn)彈性桿的理論建立了紗 。， 線高速退繞時(shí)的張力變化理論在整個(gè)紗路上非接觸式測量是檢測頭不與紗線有任何的接 。，紗線運(yùn)動(dòng)可用懸鏈線理論分析多數(shù)情況下退 ，觸經(jīng)過建立紗線張力的數(shù)學(xué)模型將紗線張力轉(zhuǎn) 繞點(diǎn)在筒子表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間大于氣圈繞筒子軸 ，化為可以通過圖像捕捉系統(tǒng)測試的參數(shù)然后進(jìn) ，線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間因此采用雙時(shí)間刻度分析模擬該過 。一步處理

15、該方法不對紗線產(chǎn)生額外的壓力和變 ，。 程紗線退繞過程可以模擬為一系列準(zhǔn)靜態(tài)問題，形可以明顯地減少對紗線運(yùn)行過程的影響能更 ，利用攝動(dòng)法分析可以計(jì)算紗線退繞過程中各點(diǎn) 。準(zhǔn)確地測量紗線張力值非接觸紗線張力的檢測 。 的張力謝喆研究了粗紗張力檢測的間接方法，、主要集中在檢測紗線卷繞時(shí)的張力如細(xì)紗機(jī)粗 ，通過對粗紗進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析得出懸鏈線狀態(tài)紗 。紗機(jī)紗線卷繞時(shí)對于其他紡紗或者織造過程中 ，線的懸垂度和實(shí)時(shí)張力之間的關(guān)系因此通過測 。沒有關(guān)于張力非接觸的介紹 。定紗線的懸垂度就可得到紗線的張力對實(shí)時(shí)張 庾在海等通過研究紡織過程中的紗線張力測 PID 力信號(hào)濾波后通過變參數(shù) 控制的方法來實(shí)時(shí) ，試方

16、法提出利用光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對紗線 ， 調(diào)整計(jì)算機(jī)中的卷繞數(shù)學(xué)模型達(dá)到恒張力紡紗。張力進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測和實(shí)時(shí)控制作者根據(jù)以下氣 。從而控制粗紗的不勻率到最低水平 。圈張力公式得出間接測試紗線張力的方法 ，以上文獻(xiàn)敘述的非接觸式測試方法 中在 建 2 2 /2 T = T)mr 立紗線運(yùn)動(dòng)模型時(shí)忽略了紗線在運(yùn)動(dòng)過程中的摩 0 : T，m ，式中為導(dǎo)紗鉤處張力為線密度 為 、，擦阻力離心力等也忽略了捕獲紗線運(yùn)動(dòng)氣圈形 0 角速度，r 為氣圈半徑。 。狀時(shí)的誤差 利用圖像傳感器捕獲從前羅拉到導(dǎo)紗鉤處的 ，紗線圖像進(jìn)而求得該段紗線的張力也可求得導(dǎo) 4 微機(jī)電技術(shù)在張力檢測中的應(yīng)用 ，。 紗鉤處的張力通過

17、公式即可求得氣圈紗線張力Abuzade 等通過研究氣圈控制環(huán)施加在氣圈上的 紗線張力檢測的發(fā)展方向?yàn)椴捎梅墙佑|式檢 ，壓應(yīng)力通過傳感器技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)檢測紗 。測方法來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前應(yīng)用微機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)張力的 。， 線張力和氣圈動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性為了提高檢測精度，非接觸檢測為研究及發(fā)展的方向該技術(shù)在國內(nèi) 。用易于感應(yīng)作用力的材料來代替控制環(huán) 。外已有研究 應(yīng)變儀用來得到紗線對控制環(huán)作用產(chǎn)生的應(yīng) 肖 小濤研究了在絡(luò)筒機(jī)上應(yīng)用基于 MEMS ，變得到數(shù)字信號(hào)并傳送至處理裝置做進(jìn)一步分 ( ) 微機(jī)電系 統(tǒng)傳 感 器 的 紗 線張力傳感器檢測紗 。析 。線張力絡(luò)筒機(jī)紗線張力可轉(zhuǎn)化到紗線振動(dòng)頻率 Mei 研究應(yīng)用圖

18、像測試技術(shù)檢測紡紗張力的 ，MEMS 及其能量上面利用 加速度芯片去測量紗 。，線的振動(dòng)由獲取振動(dòng)信號(hào)的傳感器以及將傳感 方法即結(jié)合圖像處理技術(shù)和紗線動(dòng)態(tài)氣圈理論 39 6 第 卷 第 期 Cotton Textile Technology ?408? 【 68】 2011 年 6 月 。，適應(yīng)性上其發(fā)展的總趨勢是拓展測量范圍提 器所輸出的電信號(hào)進(jìn)行加工的放大器測量振動(dòng)信 。 ; ，號(hào)試驗(yàn)結(jié)果證明了該檢測方法切實(shí)可 行高檢測精度和可靠性采用閉環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒 Narayana MEMS ; ，RF( 研究應(yīng)用 技術(shù)和 無線電傳輸 張力控制采用微機(jī)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線非接觸式檢 ) ，。技術(shù)實(shí)現(xiàn)合捻機(jī)

19、紗線張力在線檢測 的 技 術(shù)如 測與控制 6 。圖 所示 :參考文獻(xiàn) , , ,J, ,1, 周光茜郝鳳鳴紡紗張力控制技術(shù)的研 究棉 紡織技術(shù)，2002，30( 1) : 25-27, ,2, 韓惠民，沈艷琴，韓玲, 導(dǎo)紗鉤處紡紗張力動(dòng)態(tài)分析 ,J, 紡織科技進(jìn)展，2007( 5) : 10-11, Ye G，Wu W，Chen R, Computation and measurement ,3, of winding tension in ring spinning,J, Journal of Dong 6 圖 無線張力檢測系統(tǒng)示意圖 Hua University ( English Edi

20、tion) ，1998，15( 4) : 22-，該設(shè)備能接收信號(hào)并無線傳輸測量值至遠(yuǎn) 26,Tan g Z，Wang X，F(xiàn)raser W，et al, An experimental ,4, ，程終端實(shí)現(xiàn)構(gòu)建一個(gè)與無線傳感器結(jié)合的閉環(huán) in- vestigation of yarn te nsion in simulated ring ?？刂葡到y(tǒng)無線傳感器以字節(jié)的方式傳遞數(shù)據(jù)至 spinning USB MEMS 。與電腦主機(jī) 相 連 的 基 臺(tái)利 用 系 統(tǒng) ,J, Fibers and Polymers，2004，5( 4) : 275-279, ,5, ，測試合捻機(jī)紗線張力其包括動(dòng)態(tài)

21、測試紗線捻度 Tang Z，F(xiàn)raser W B，Wang X, Modelling yarn balloon ，7 。及無線傳輸紗線張力數(shù)據(jù)原理如圖 所示 motion in ring spinning ,J, Applied Mathematical ,6, Modelling，2007，31( 7) : 1397-1410, ，, 庚在海吳文英陳瑞琪紡織過程中的紗線張力測 ,7, ,J, ，2004，10( 1) : 33-35,試方法傳感器世界 AbuzadeR A，Gharehaghaji A A，Sadri S, Study onth e yarn compressive stre

22、sses at balloon control ring by sig- nal processing,J, Mechatronics，2009，19 ( 7 ) : 1152- 1157, ,8, , 史志陶粗紗張力自動(dòng)檢測調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理分析 ,J, 棉紡織技術(shù)，2003，31( 6) : 19-21, 7 MEMS 圖 測試裝置示意圖 ,9, Mei S，Song Z，Zhang Z, Method and system foear sm- 該裝置能根據(jù)傳感器檢測值和預(yù)設(shè)值來增加 uring spinning yarn etnsion using image measuring ?；蚪档图喚€張力原理為光學(xué)傳感器檢測股紗捻 technique,J, Journal of Shanghai University，2004 I，I度 若測量值不等于預(yù)設(shè)值 時(shí) 傳 遞 信 號(hào) 至 out req ( 8SUPPL, ) : 153-159, ,10, ，, 謝正權(quán)王 新 厚非接觸式紗線卷繞張 力 動(dòng) 態(tài) 檢 測 ，控制系統(tǒng)控