专利名称：拉伸假捻管理系统的制作方法
技术领域：
本发明的背景1.本发明的领域本发明涉及一种在拉伸假捻机中对退捻张力进行测量，并根据所测量的退捻张力对拉伸假捻机本身发生的故障以及拉伸假捻过的变形丝的质量进行管理的系统。
2.有关技术的描述用来对诸如聚酯、尼龙等热塑树脂的合成纤维进行拉伸假捻的拉伸假捻机被广泛使用在假捻的变形丝生产中。它使喂入的不完全拉伸的丝(以下简称“喂入丝”)通过一加热器，并在藉助一假捻单元进行加捻的过程中进行拉伸。加捻单元是通过使丝束以一固定的角度与一旋转的摩擦表面保持接触的情况下来提供加捻作用的。而已知的用于加捻单元的加捻系统有锭子加捻系统、皮带加捻系统、摩擦盘加捻系统等。在所有这些加捻系统中，由加捻单元所加捻的喂入丝在加捻过程中藉加热措施来加热而使之定形，然后它经过退捻而成为一假捻形状并经过变形而成为假捻丝。
在偶然情况下，在拉伸假捻过程中喂入丝中的诸如长丝断头和起毛等疵点也会作为一异常的退捻张力而出现。因此在拉伸假捻机中通过对退捻张力的按时序进行监测，例如在日本未经审查的专利公开NO.7-138828中所述的技术，已成为一种常规的做法。
利用一种例如在日本未经审查的专利公开NO.6-264318中所述技术的张力传感器来对退捻张力进行检测，并根据检测结果来对所卷绕的拉伸假捻丝的卷装质量进行分类也已成为一最近的实践措施。另一种方法是增设一张力控制措施来调节假捻单元中丝束的输出力和加捻力，使退捻张力降低到目标管理范围以内。
然而对退捻张力经过勤奋研究之后，本发明的发明人认识到退捻张力水平视喂入丝的性能而经常约有±5克的变动。如果产生这样大的张力变动的话，那末在除拉伸假捻工序以外的其他工序中，喂入丝在加工中将在不正常的条件下经受某种故障。
虽然如此，即使喂入到拉伸假捻工序的喂入丝有时是在具有某种故障的条件下制备的，而采用像在日本未经审查的专利公开NO.6-264318中所公开的张力控制虽能使退捻张力均衡维持在可控范围以内，但可能对识别故障的滞后性产生失误的结果。在最坏的情况下，经受过故障的喂入丝可能直接经过假捻过程而作为变形丝卷装送到市场上。
根据以上情况的线索，本发明的发明人对在假捻过程中导致退捻张力变动的因素进行了认真的分析，结果发现这种变动与喂入丝的诸如旦数不匀和定向不匀等长丝性能密切有关。他还发现以下严重问题是在常规的实时制退捻张力监测系统中所固有的，它仅以时间的推移来对退捻张力的实际值进行监测。
特别还发现如果退捻张力仅以时间的推移来测量，并且张力水平值是控制在一给定的范围内，或者对张力变动的周期和幅值的大小进行测量，这样来判断过程的稳定性的话，则它对于判断喂入丝在加工过程中曾经受过何种故障以及是在哪一道工序发生的是根本无效的。
因此，即使在拉伸假捻工序中发生退捻张力的变动，也是难以判断喂入到拉伸假捻工序的丝在制备过程中曾在哪一级发生过何种故障或者在拉伸假捻机本身的什么部位发生过何种故障，而且在事实上也绝对未曾做过尝试根据退捻张力来发现这些因素。
于是需要花大量的努力和时间来研究变形丝的故障原因或拉伸假捻机本身在拉伸假捻过程中的问题。另外在发现原因之后，对丝束制备所采取的测量也往往被推迟了几个星期，甚至当拉伸假捻机本身发生故障时，有时也未被认识而让这有问题的状态在未来的拉伸假捻中继续下去。
此外，所监测到的退捻张力变动值也包括与喂入丝的性能完全无关的变动，例如拉伸假捻机的机械振动造成的噪声，而它的影响可能会造成对数据的误解。
本发明的概要根据前面所述的当前状况，本发明的目的在于提供一种拉伸假捻机所用的管理系统，它能根据拉伸假捻机中所测得的退捻张力立即和准确地确定故障在不同组成部件中的发生部位，并能稳定拉伸假捻的过程。
本发明的拉伸假捻管理系统的基本概念如下1.拉伸假捻管理系统包括通过拉伸假捻丝退捻张力的在线测量来对拉伸假捻机本身的故障进行管理，对所测得的退捻张力信号进行快速的傅里叶变换，以及在频域内对退捻张力的变动进行监测。
2.根据上面第1项的拉伸假捻管理系统，其中拉伸假捻机本身的故障和拉伸假捻丝的质量是通过把经过快速傅里叶变换的退捻张力信号模式同一预定的参考模式相比较检查来进行管理的。
3.根据上面第2项的拉伸假捻管理系统，其中经过快速傅里叶变换的退捻张力信号模式是通过在一个或几个部位指定一特定频带所确定的在每一频带中的张力变动情况的积分值和/或峰值。对于积分值和/或峰值所设定的阈值是作为一参考模式，其中当所确定的积分值和/或峰值超过每一阈值时，则可断定有故障发生。
4.根据上面第1项的拉伸假捻管理系统，它在一个或几个部位设有用来监测经过快速傅里叶变换的退捻张力信号的特定频带的故障判断措施，并对在拉伸假捻机中发生的故障的部位和/或性质进行判断。
5.根据上面第1项的拉伸假捻管理系统，它在一个或几个部位设有用来监测经过快速傅里叶变换的退捻张力信号的特定频带的故障判断措施，并对喂入到拉伸假捻机的丝束的制备过程中所发生的故障的部位和/或性质进行判断。
6.根据上面第1项的拉伸假捻管理系统，它设有一张力传感器用来在拉伸假捻机中在线测量正在假捻中的丝的退捻张力，并设有离散变换措施来对张力检测器所检测的退捻张力信号进行离散变换。
对附图的简要说明
图1是本发明所用的一个拉伸假捻机的概略流程图。
图2是一方框图用来表示根据本发明的一个管理装置的一种典型结构。
图3是一曲线图用来表示根据一由快速傅里叶变换所获得的模式所得到的判断喂入丝故障的一种典型方式。
图4是一曲线图用来表示在正常运行条件下根据一由快速傅里叶变换所获得的模式来判断在拉伸假捻机本身中的故障的典型方式。
图5是一曲线图用来表示在已经作出故障判断的情况下，用来判断拉伸假捻机本身故障的典型的快速傅里叶变换。
本发明的详细描述兹参照本发明的一个实施例的附图对本发明进行详细说明如下图1是概略说明采用一按本发明的拉伸假捻管理系统和有关装置的拉伸假捻工艺的总体程序图。图2是表示用于按本发明的拉伸假捻机中的典型故障判断装置(管理系统)的一个方框图。图3-5是表示在拉伸假捻机中退捻张力的测量结果和所测张力的快速傅里叶变换的频率图。
在图1中，1是一喂入丝卷装，丝束Y是由喂入罗拉2从喂入丝卷装1中拉出并喂入到拉伸假捻机。于是喂入丝Y由一个位于传送罗拉3上游的假捻单元进行加捻，并以逆向一直加捻到停捻导辊5为止，这个逆向加捻到停捻导辊5为止是通过一加热装置6进行热定形，使加捻的形状予以固定。冷却装置8a和8b对加热的丝束Y进行冷却。这里，当需要改进变形丝的性能时，可增设第二加热装置7。最后，其捻度经过定形的丝束Y由输送罗拉9和10输送到一卷绕头11而卷绕成一拉伸假捻丝的卷装。
在按照本发明的具有这种结构的拉伸假捻工序的拉伸假捻管理系统中，主要的特点在于拉伸假捻丝的退捻张力是在线测量的，各种数据都是从所测得的退捻张力中引出的，并对它们的内容进行分析后来确定故障。
换一句话说，在拉伸假捻过程中，由张力检测器13所检测到的退捻张力包括许多叠加因素在内的复合退捻张力的检测，这些因素包括拉伸的张力、由于加热的热收缩力、导丝辊的磨擦力，以及由拉伸假捻机本身的故障所产生的变动的张力。所有这些都与喂入丝的性能密切有关。因此，如果对这些叠加因素复合的退捻张力的分析能分别确定出不同的因素的话，便有可能根据分析数据来区别这些分开的因素中哪一个是对故障起主要作用的。本发明的主要特点是通过快速傅里叶变换来实现这种分析的。
因此本发明首先需要对含有各种叠加因素的退捻张力进行精确的在线测量。为了实现此目的，在假捻单元4的下游设置一在图1中标为13的张力检测器(传感器)来连续测量退捻张力。张力检测器13通常是藉助一丝束反力作用在其上的陶瓷张力检测导辊来检测丝的退捻张力，并把测得的反力转变成一电信号。所用的检测电路一般可采用霍尔元件，它能对应于所施加的力而产生一电信号，例如电压信号，或者采用一有接触的或无接触的电位器把由施加的力所产生的电位转变成一电信号，例如电压信号，在此情况下，很明显的一点是在考虑张力检测导辊的材料、形状和安装位置时应防止对加工丝束的性质和操作性产生有害的影响。
如上所述，本系统是通过把所检测的退捻张力经过快速傅里叶变换和以各种方法的数据处理来监测和管理拉伸假捻机本身的故障和喂入丝的故障的。现在可参照图2来说明这个问题。
在图2中，由位于假捻单元4下游的张力检测器13依时间顺序将在线检测到的退捻张力信号(模拟信号)转变成一电信号，并输入到一管理装置14，信号经过放大器15放大后，由一个带通滤波器16进行处理，把不需要的高频分量和低频分量滤掉。
于是此经过处理的退捻张力信号(模拟信号)由一A/D(模/数)变换器在一规定的取样间隔内通过模拟信号的离散变换和量化而变换成一数字信号。快速傅里叶变换装置18把时域的数据变换成频域的数据，从而获得一频域内的退捻张力信号模式。用这种方式获得的退捻张力信号模式通过一比较装置19与一参考模式进行比较，并把比较结果输出到一主计算机(未表示)来判断故障的存在。主计算机(未表示)把分析的数据予以储存，作为进一步数据分析用的基础数据。
如上所述，根据本发明，主要是对含有许多叠加因素的退捻张力进行分析，以便再分离和析出每一个叠加因素来准确地确定故障。因此必须通过预处理来消除不需要的噪声。这一任务可通过把张力检测器13所检测的退捻张力信号转换成一电信号，把它输入到管理装置14，并由放大器15予以放大，然后通过带通滤波器16消除不需要的噪声分量。在这里可采用一抗干扰滤波器来有效地消除由快速傅里叶变换处理所产生的干扰。
然后，以上述方式经过处理的退捻张力信号通过A/D变换器17进行离散变换(取样)并予以量化，而离散变换是在由快速傅里叶变换装置18所设定的取样频率下实行的。当然根据众所周知的取样常数，取样频率必须设定在至少为所测量的频率范围的两倍，且其频率必须能通过退捻张力的各种叠加数据的分离中推断出。
于是根据经过离散变换和量化的退捻张力信号便可通过快速傅里叶变换装置18来完成快速傅里叶变换，并且把退捻张力信号从一时域变换到一频域。最后这样变换到频域的退捻张力信号被用作分析数据来诊断拉伸假捻机的每一部件中的故障部位，或从喂入丝卷装1喂入的丝束在制备过程中所发生故障的原因和部位。
在上述的退捻张力数据分析过程中，第一步是对经过快速傅里叶变换的退捻张力信号的每一频率的张力变动情况的模式进行搜索，这种模式可能是由在特定频带内对张力变动情况的积分所确定的积分值(面积值)，或者是在特定频带内张力变动情况的峰值。
但是当发生一故障事件而包括两个或更多的密切相关的因素时，对单靠在一个部件中来监测特定频带有时还不可能确定故障。在此情况下必须同时对几个特定频带进行监测。这里在每一频率中的微小的张力变动情况可以忽计，而只取出变动大的波形模式，并把大的变动模式作为一代表性的模式来进行比较，也就是说，可提供在每一频率下张力变动情况的许多大小不同的波形模式，并把这些波形模式进行比较，这可以通过早已输入在主计算机中的程序对模式进行计算，并把结果同早已输入的参考模式进行比较来完成。
但是当把诸如积分值(面积值)和峰值作为比较模式的阈值时，只对一单值进行比较而不需使用计算机，因此能实现方便和快速的数据处理，并对大多数情况下常见的故障进行准确的判断，尽管它并不是万用的。在此情况下，当把预定的积分值(面积值)和峰值作为阈值对计算的积分值(面积值)和峰值进行比较时，而且计算的积分值(面积值)和峰值超过相应的阈值时，拉伸假捻系统便被判定为具有故障。因此根据本发明便能有利地利用积分值(面积值)或峰值的阈值作为对退捻张力信号每一频率的张力变动情况的模式。另外，拉伸假捻管理系统以及相应的管理装置能首次实现对拉伸假捻机本身的故障以及喂入丝故障的监测。而按照现有技术是不可能对拉伸假捻系统进行正常的管理的。
上述的受监测的“特定频带”是完全由设定条件所确定的，例如拉伸假捻机的工作速度，横动速度或导丝辊的设置位置等。于是根据待分析的因素来预先设定所需的特定频带，便可能对在监测中的因素进行故障判断。无需说明，作为阈值的积分值或峰值也能根据需要来设定。
当对复合模式进行比较的判断时，对这些分析所用的数据均被输入主计算机，作为对组成拉伸假捻机的每一部件的故障部位的判断措施。数据分析处理是由计算机来进行的，换句话说，对于每一积分值或峰值的模式数据，预先把一参考模式输入计算机。模式数据是由许多特定频带所组成的准备被判定为故障指示的数据，故障可通过对这些参考模式的校对来判断。但是对于是否已超出一特定阈值(模式)的简单判断而言，有可能通过建立一电气上的简单比较电路作为故障判断措施来判断故障，而不需通过主计算机对模式的吸取和比较来进行复杂的计算。对分析所用的特定频带数据可用作对拉伸假捻机本身和/或喂入丝的故障分析数据，只要故障以不同类型的周期性变化而发生即可。
根据以上所述的本发明的管理系统能通过对前面所述的特定频带的监测，对在拉伸假捻机任何一处所发生的故障原因和部位进行即时的监测。也就是说，由于本发明的发明人对退捻张力辛勤研究的结果，已能通过对退捻张力变动，甚至通过退捻张力的视喂入丝性能而定的±5克的变动所包括的数据中的特定频带进行监测来诊断出在拉伸假捻过程中的故障。
现在参照图3-5对采用本发明的管理系统的一个具体例子进行说明。在图3中，由线(1)表示准备供给拉伸假捻工序的丝束在制备过程中有故障的情况，而曲线(2)表示在正常加工情况下的生产。
首先，图3表示一快速傅里叶变换处理着重于由于喂入到拉伸假捻工序的丝束Y中的冷却疵点所造成的U％问题(丝束长度方向上的旦数不匀问题)，这里拉伸假捻机的工作速度为1000米/分，拉伸比为1.795，喂入丝Y为以3000米/分的速度纺制的部分定向丝(POY)，对于冷却疵点(1)的U％为0.83，而对于正当冷却(2)的U％为0.47。所示的频带范围0.1Hz(f0)-0.3Hz(f1)是设定为对供给拉伸假捻工序的丝束Y在纺丝过程中冷却疵点进行监测用的特定频带。对所设定频带f0-f1的积分值(面积值)或峰值被预先设定为阈值。这里对于积分值(面积值)的阈值设定为0.6。于是计算的积分值(0.83)与设定的阈值相比较，当计算的积分值超过阈值时，可判断为故障U％发生在供给拉伸假捻工序的丝束的纺丝过程中。
换句话说，如果得到在图3(1)中所示的结果(U％积分值为0.83)，则喂入丝在纺丝过程的冷却条件被判断为不能接受(NG)，而此结果被输入到主计算机(未表示)中，并由显示器20输出，但如果结果是如图3(2)所示(U％的积分值为0.47)，它小于所设定的阈值(0.6)，所以喂入丝Y可认为是在正当冷却条件下纺制的(OK)。
在偶而情况下，除了在用以判断喂入丝故障的特定频带内的U％以外，还可能有其他因素用来判断故障，例如喉口压力波动频率和喂入丝卷装1的卷绕宽度周期，对这些因素的“特定频带”是通过观察过去所发生丝束故障的滞后来确定的，而且它是对每一因素在故障模式发生时的连续在线比较而建立的。这里一个参考模式(例如积分值或峰值的阈值)在事先被确定来判断异常数值，并把结果预先输入一主计算机或类似装置，故障情况或经受故障的部位是通过从分析数据中对每一模式的比较来确定的。
与喂入丝Y的滞后相反的情况是发生在用来判断在拉伸假捻工序之前的丝束制备工序，例如纺丝工序中的异常加工的反馈数据中，它对校正加工条件而言是很有效的数据。一旦问题发生后，它能立即判断出是何种故障，并迅速对发生的故障进行分类并执行预定的解决办法，这样便能取消像按照现有技术那样先行分析然后在它们发生之后进行处理的必要。
兹参照图4和5对被分析为“发生在拉伸假捻机本身中的故障”进行快速处理的管理系统作说明如下图4和5是用于对安装在拉伸假捻机的喂丝辊2上的轧辊磨损的快速傅里叶变换处理例子的曲线图，图4表示采用一种轧辊无磨损的一种新产品的情况，而图5则采用一磨损过的轧辊(有40-60微米的磨损)。这里拉伸假捻机的工作速度为1000米/分，并为了减少轧辊的磨损起见，用以使轧辊握住丝束位置变动的横动周期为25秒。用来监测轧辊磨损的特定频带f0-f1设定为0.038-0.042Hz范围内，它以0.04Hz为中心，因为横动周期为25秒。
同样，在特定频带f0-f1之间每一频率的张力变动情况的积分值(面积值)或在该频带内张力变动情况的峰值也是经过计算而作为与一参考模式相比较的模式。于是计算的模式与一预定的参考模式(例如积分值或峰值的阈值)相比较，如果计算的峰值如图5所示那样超过阈值时，结果便判断为拉伸假捻机的轧辊磨损已增大。此结果还输入到一主计算机(来表示)，并由显示器20显示出。通过对为拉伸假捻机的机械部件(例如卷绕头横动，导丝辊之间的距离等)所设定的条件所确定的特定频带进行监测，并连续进行在线的比较判断，便有可能获得拉伸假捻机过程管理用的反馈数据，并在故障情况下实行即时的解决。
在偶然情况下，因为本发明所利用的快速傅里叶变换的本质对于偶然性的张力(瞬时张力增高)或断丝检测并不适用，所以最好与一传统的退捻张力系统相结合地使用，当同传统的系统结合使用时，将立即体现出它的优点，因为本发明的系统以基本上连续的方式对退捻张力进行在线测量，它能很方便地与传统的系统一同使用。当然传统系统也能以前面“有关技术的描述”一节中所述的技术满意地使用。
根据本发明，从拉伸假捻机来的退捻张力信号经过了快速傅里叶变换的处理，因此能通过在一频域内对退捻张力的在线监测来对拉伸假捻机本身和/或喂入丝所发生的故障部位和性质进行准确的评价。因此便能大大地降低用来搜索故障原因所耗的成本和人力，在喂给拉伸假捻的丝束制备工序中的问题也能被发现，所以能使丝束制备工艺得到改进，在拉伸假捻机中经常性的设备故障发生之前也能对设备进行改进。所提供的另一值得注意的效果是拉伸假捻工序的稳定和/或所加工丝束的质量控制的更容易和更快的管理。
本发明不仅能通过对预料到的故障的监测来应用于对流程中或喂入丝的故障进行管理，而且还能有利地处理意外检测到的预料不到会发生的故障。也就是说，当在现有技术中从未见到过的异常模式出现在由快速傅里叶变换处理所变换成的频率领域的退捻张力信号的模式中时，异常模式的部位和原因能被研究而确认为一未知的故障现象，当同样的现象再次出现时，便能进行快速和准确的测量。
这是因为本发明管理系统的本质是用频率领域来监测退捻张力，因此当发生一未知的故障时，能立即知道它所发生的“特定频带”。于是根据对“特定频带”的数据，能通过寻找周期性的循环和具有那种“特定频带”的现象来容易地研究这未知的故障曾在何处发生过。此外，因为这些数据是固定地被记录和储存在主计算机中，所储存的数据能被读出和重放，以便以高精度来监测和管理拉伸假捻过程。
另外因本发明的管理系统是对通过快速傅里叶变换来变换成频域的数据进行处理的，所以很容易消除在正常情况下所容许的由已知的喂入丝特性的变动以及机械振动和电源噪声等所引起的变动，从而提供强烈提高数据处理可靠性的效果。
权利要求
1.一种拉伸假捻管理系统，它包括通过对假捻丝退捻张力的在线测量来对拉伸假捻机本身的故障和拉伸假捻丝的质量进行管理；并使所测量的退捻张力信号经过快速傅里叶变换；以及用频域来监测退捻张力信号的变动。
2.根据权利要求1的拉伸假捻管理系统，其中拉伸假捻机本身的故障和拉伸假捻丝的质量是通过一经过快速傅里叶变换的退捻张力信号模式与一预先设定的参考模式相比较和检查来进行管理的。
3.根据权利要求2的拉伸假捻管理系统，其中所述的经过快速傅里叶变换的退捻张力信号模式是在一个或几个部位上通过规定的特定频带所确定的每一频带内张力变动情况的积分值和/或峰值，对所述的积分值和/或峰值设定一阈值作为参考模式，另外其中当所确定的积分值和/或峰值超过各阈值时，则判断为有故障发生。
4.根据权利要求1的拉伸假捻管理系统，它设有故障判断装置，对在一个或几个部位上经过快速傅里叶变换的退捻张力信号的特定频带进行监测，并判断出在拉伸假捻机中所发生故障的部位和/或性质。
5.根据权利要求1的拉伸假捻管理系统，它设有故障判断装置，对在一个或几个部件上经过快速傅里叶变换的退捻张力信号的特定频带进行监测，并判断出在喂入到拉伸假捻机中的丝束在制备过程中所发生的故障的部位和/或性质。
6.根据权利要求1的拉伸假捻管理系统，它设有一张力检测器，用来在拉伸假捻机中对正在假捻中的丝束的退捻张力进行测量，还设有离散变换装置，用来对由张力检测器所检测的退捻张力信号进行离散变换。
全文摘要
一种拉伸假捻的管理系统,它藉助一退捻张力传感器(13)来测量退捻张力,并诊断出在拉伸假捻机中的故障,其中所测量的数值藉助于快速傅里叶变换装置(18)来进行在线的快速傅里叶变换,退捻张力信号是用频域来进行监测的,对在一特定频带内的积分值(面积值)或峰值取出一模式,并通过一故障判断装置(19)与一预定的参考模式进行比较和判断,当数值超过参考值范围时,它就作出“在拉伸假捻过程中发生故障”的判断。
文档编号D02G1/02GK1263177SQ00101928
公开日2000年8月16日 申请日期2000年1月31日 优先权日1999年1月29日
发明者滨洲文二, 菊池胜志, 宫崎勋 申请人:帝人株式会社