专利名称：非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纺织设备技术领域，尤其涉及一种适用于圆筒编织机的非接触式实时检 测织带张力变化并自动调整张力实现恒张力的织带巻取装置。
背景技术：
自动编织机编织带的质量在很大的程度上取决于送经和巻取时所受的张力，特别是巻取 时的张力，直接影响到织带的质量，织带张力过大，会使织带受损，增加断头；织带张力过 小，会出现巻曲影响生成编织带的平滑度。因此必须把织带的张力波动控制在一定的范围内。
目前，传统的巻取机构采用异步电机传动凸轮的方式实现张力控制，凸轮上方用重物压， 但当织带张力增大到一定程度时，凸轮开始打滑，而且釆用凸轮传动，随着织带巻绕直径的 不断增加，织带受力越来越大，引起织带受力不均匀，从而使织带开始受力较小，编织稀疏， 之后越来越密，织造不美观。
为此，专利号200720085342.3公开的圆筒包装带自动编织机的恒张力织带巻取装置在如 何保持织带的张力恒定方面做了改进，用张力传感器和半径探测器对织带的张力及巻取巻装 半径进行检测，然后将信号传送给控制器以控制驱动巻取辊电机的转速。但这种装置存在以 下缺点
(1) 所用的半径探测器和张力传感器均为接触式检测，即与织带接触或是与巻装接触来 获取检测信号，这种接触式检测容易改变织带本身的张力，影响检测结果的准确性；
(2) 检测到张力发生变化后，仅仅由控制器控制巻取电机的转速来调节织带张力，调节 效果不够实时快速。
为此，圆筒包装带自动编织机的恒张力织带巻取装置的发明人对装置做了进一步的改进。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种非接触式检测、调节织带张力效果更佳 的非接触式张力检测并反馈控制的织带巻取装置。
为达上述目的，本发明所采用的技术方案为 一种非接触式张力检测并反馈控制的织带 巻取装置，包括有带动织带回旋进行编织的巻取辊，巻取辊由巻取电机驱动；其特征在于 在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，巻装外周设置有超声波传感器，电 荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流 异步电机连接；靠近巻取辊设置张力调节装置，张力调节装置包括动力机构和调节辊，动力 机构的输出端连接调节辊，动力机构由PC工控机控制；电荷藕合器件图像传感器采集织带图 像信号，此信号通过图像采集卡传送给PC工控机；超声波传感器采集巻装直径信号，此信号 通过信号采集卡传送给PC工控机；PC工控机对织带图像信号、巻装直径信号进行处理，得 出织带张力变化值，当织带张力变化值超出预设范围时，PC工控机控制巻取电机和张力调节 装置的动作。
所述张力调节装置的动力机构包括有调节电机、齿轮齿条传动装置，齿轮连接在调节电 机的输出轴，齿条末端铰接调节辊，齿轮齿条啮合传动，调节电机为交流电机，调节电机配 置有变频器，变频器由PC工控机通过运动控制卡控制。
所述张力调节装置的动力机构包括有气缸，气缸缸体固定，活塞杆末端铰接调节辊，气 缸配备有电磁阀，电磁阀与PC工控机电气连接。
所述超声波传感器包括有超声波发射器与超声波接收器。
本发明的有益效果是采用电荷藕合器件图像传感器和超声波传感器非接触式检测织带 的张力和巻取半径的变化，不会因接触织带而对其张力产生影响，检测结果更加精确；结合 巻取电机的调速与调节辊上下移动共同调节织带张力，张力调节更迅速更有效；电荷藕合器 件图像传感器可以对调节后织带张力进行实时检测以应用于反馈控制。
图1为本发明实施例1电气连接示意图； 图2为本发明实施例2电气连接示意图； 图3为本发明实施例控制原理； 图4为本发明实施例控制流程图中标记说明l-PC工控机，2-图像采集卡，3-信号采集卡，4-变频器，5-运动控制卡， 6-电平转换装置，7-超声波传感器，8-调节辊，9-电磁阀，10-导辊，11-电荷藕合器件图像 传感器，12-巻取电机，13-气缸，14-调节电机，15-变频器11， 16-运动控制卡11。
具体实施例方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明，参见
图1至图4:
按本发明实施的非接触式张力检测并反馈控制的织带巻取装置，包括有巻取辊，巻取辊
由巻取电机12驱动转动，从而将织带缠绕在辊上，巻取电机12采用交流异步电机。织带的 线速度等于角速度与巻装半径的乘积，而随着巻取的进行，巻装的半径随之增加，若巻取电机12速度保持不变的话，织带巻入的线速度就会增大，引起织带张力变大。当织带张力变化 范围超过初始张力的10%后，对编织效果有明显的影响，所以须对巻装的半径和织带的张力 进行检测。织带初始张力的确定受到巻取辊直径、织带类型等多种因素影响，而织带的张力 与织带线速度成正比，若织带线速度为0.01米/分钟巻入时织带张力较佳，所以织带初始张 力的确定根据织带线速度为0.01米/分钟、巻装半径为巻取辊半径时用手持式电子张力测量 仪测量所得，测五次取中间值以减小误差。
本发明采用如下方案在两导辊10间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器11， 巻装外周设置有超声波传感器7，电荷藕合器件图像传感器11、超声波传感器7均为非接触 检测传感器。
电荷藕合器件图像传感器11连接有图像采集卡2，图像采集卡2与PC工控机1连接， 电荷藕合器件图像传感器ll，即CCD传感器使用高感光度的半导体材料制成，能把光线转变 成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。CCD图像传感器ll具有精度高、灵敏度高、 自扫描和光谱响应宽等优点，因此被广泛应用在图像扫描、非接触式尺寸检测等方面。
本实施例中采用的CCD传感器11为维视MV-1300FC/FM工业摄像头，具有分辨率高、图 像质量好的特点，应用于工业检测、智能交通、机器视觉、科研、军事科学、航天航空等众 多领域，与CMOS数字相机相比，无论是静态采集还是动态釆集，均可以得到无变形的高质图 像。该型号摄像头具备1280X1024像素的分辨率，采集帧率为14帧/秒，图像采集卡2则选 用维视MV-M2000图像采集卡2，该卡最大点频220M，采集分辨率1280X 1024。将维视MV-M2000 图像采集卡2直接插入PC工控机1主板的扩展槽内，通过PCI数据总线进行数据传送。维视 MV-1300FC/FM工业摄像头自带的信号线与图像卡的视频输入插孔相连，维视MV-1300FC/FM 工业摄像头自带支架，架设在两个导辊10之间的织带外侧，对导辊10之间的织带静态图像 进行摄取，并转换为视频信号传送给图像卡，图像卡实时采集视频信号并进行A/D转换后存 入存储通道中，供PC工控机1调用处理，采集间隔时间为0. Ols。
织带巻取过程中，织带张力与织带形态几何参数之间存在函数关系，如果测得织带下垂
夹角，即可计算出织带张力，具体计算公式为F = ^，式中F—织带张力(N)， p—织
cosa
带线密度(Kg/in)， a—织带与铅直方向夹角，g—重力常量，L一导辊间织带的长度。由于a 角度很小，L取导辊间直线距离。初始张力值记为F。， F。=^^， a。为初始夹角，巻取过
程中对a进行检测，当cosa/cosa。达到1. l时，织带实时张力F超出初始张力F。的10%，就必 须调节张力。超声波传感器7包括超声波发射器与超声波接收器，超声波传感器7固定安装在巻装外周 的机架上，超声波传感器7与信号采集卡3连接，经过信号采集卡A/D转换后接入PC工控机1， 超声波测距采用基于同地收发脉冲反射式的测距方式，记录超声波从发射到接收到的时间间 隔t，根据公式S《t/2来计算被测距离，式中S—发射器与巻装间的距离，C—超声波的传播 速度，由于超声波在温度IO。 30°时的声速分别为338mZs、 349m/s，变化不大，所以C取 20°温度下声速344 m/s,测得发射器与巻装间的距离后，计算巻装的半径R=SQ-S+R」，So— 巻取初始时测得的发射器与巻取辊辊面距离，Rj—巻取辊半径。巻取初始时S:So， RQ=Rj。
由于F4"R，式中K一织带张力与织带线速度的比例常数，巻取轴角速度，R—巻 装半径。当"保持不变时，织带张力F与R呈正比例关系，当检测R变化超过10%时，需调 节巻取电机12的角速度"以保持F变化在10%范围内。
巻取辊由巻取电机12驱动，通过调节巻取电机12的转速来调节巻取速度，从而调整织 带张力，巻取电机12采用交流异步电机，PC工控机1'连接有运动控制卡5，运动控制卡5完 成D/A转换后通过变频器4与交流异步电机连接，调节变频器4的频率可以调节巻取电机12 的转速，运动控制卡5则起到A/D转换和电平转换的作用。并通过上述CCD传感器11采集的 张力信号进行反馈控制，当张力变化范围在预设值10%内时，停止电机转速的调节。为了使 张力调节得更迅速更有效，同时在靠近巻取辊处设置张力调节装置，张力调节装置包括动力 机构和调节辊8，动力机构的输出端连接调节辊8，动力机构由PC工控机1控制。动力机构 有两种形式，实施例1中的动力机构采用的是气缸13，气缸13缸体固定，活塞杆末端铰接 调节辊8，气缸13配备有电磁阀9， PC工控机1经过电平转换装置6后连接电气连接电磁阀 9，控制电磁阀9可以起到控制气缸13换向、启动、停止的动作。实施例2与实施例1其它 结构都相同，不同的是张力调节装置的动力机构包括有调节电机14、齿轮齿条传动装置、调 节辊8,齿轮连接在调节电机14的输出轴，齿条末端铰接调节辊8，齿轮齿条啮合传动。调 节电机14选用配备有变频器II15的交流电机，由PC工控机1通过运动控制卡II16控制驱动。 张力调节装置配合巻取辊的电机一起对织带张力进行调节，当织带张力过大时，调节辊8向 上移动，减小织带的绕角以减小张力，反之，调节辊8向下移动，增大织带的绕角以增加张 力。
本发明的实施过程为确定织带初始张力，用键盘输入织带张力变化值的预设范围即初 始值的10%，启动巻取电机12，织带巻取开始，CCD传感器11和超声波传感器7每间隔0. Ols
分别对织带的张力和巻取辊上的巻装半径进行检测，当检测到巻装半径增加超过范围或织带 张力超出范围则减小巻取电机12的转速，同时移动调节辊8的上下位置，待检测到的张力重
新落入允许范围内，调节停止。以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围， 因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有带动织带回旋进行编织的卷取辊，卷取辊由卷取电机驱动；其特征在于在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，卷装外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置，张力调节装置包括动力机构和调节辊，动力机构的输出端连接调节辊，动力机构由PC工控机控制；电荷藕合器件图像传感器采集织带图像信号，此信号通过图像采集卡传送给PC工控机；超声波传感器采集卷装直径信号，此信号通过信号采集卡传送给PC工控机；PC工控机对织带图像信号、卷装直径信号进行处理，得出织带张力变化值，当织带张力变化值超出预设范围时，PC工控机控制卷取电机和张力调节装置的动作。
2. 根据权利要求l所述的非接触式张力检测并反馈控制的织带巻取装置，其特征在于 所述张力调节装置的动力机构包括有调节电机、齿轮齿条传动装置，齿轮连接在调节电机的 输出轴，齿条末端铰接调节辊，齿轮齿条啮合传动，调节电机为交流电机，调节电机配置有 变频器，变频器由PC工控机通过运动控制卡控制。
3. 根据权利要求l所述的非接触式张力检测并反馈控制的织带巻取装置，其特征在于 所述张力调节装置的动力机构包括有气缸，气缸缸体固定，活塞杆末端铰接调节辊，气缸配 备有电磁阀，电磁阀与PC工控机电气连接。
4. 根据权利要求l所述的非接触式张力检测并反馈控制的织带巻取装置，其特征在于 所述超声波传感器包括有超声波发射器与超声波接收器。
全文摘要
本发明涉及纺织设备，尤其涉及一种非接触式张力检测并反馈控制的织带卷取装置，包括有带动织带回旋进行编织的卷取辊，卷取辊由交流异步电机驱动；在两导辊间的织带外侧设置有电荷藕合器件图像传感器，织带团外周设置有超声波传感器，电荷藕合器件图像传感器连接有图像采集卡，超声波传感器连接有信号采集卡，图像采集卡、信号采集卡与PC工控机连接，PC工控机连接有运动控制卡，运动控制卡通过变频器与交流异步电机连接；靠近卷取辊设置张力调节装置。本发明采用非接触式检测织带的张力和卷取半径的变化，不会因接触织带而对其张力产生影响，检测结果更加精确；结合电机的调速与气缸带动调节辊共同调节织带张力，张力调节更迅速更有效。
文档编号D04C3/48GK101603244SQ20091006334
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者张智明, 巧 徐, 梅顺齐, 肖人彬, 蔡池兰, 詹白勺 申请人:武汉科技学院