专利名称：基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及圆筒织物纵向开裁的装置，尤其是一种基于一维位置敏感传感器
的引导线缝位置识别装置。
背景技术：
纺织工业中，针织布通常被织成筒巻状的。圆筒针织布在染整前需要将布剖开然后展布。这样才能进行后面的一系列染整加工流程。在进行剖布时要严格按照一定路径剖布，为了实现自动化生产的要求，在织布的时候，筒状针织布上会少织一条经线，在布料上形成引导线缝。进行剖布的时候，刀片最好是始终沿着这条引导线缝来切，实现剖布路径可控。 在自动化生产中，剖布的速度非常快，能够达到60-120m/min，在剖开的过程中要
时刻保证剖布刀片对准织物的那条引导线缝，由于在染布以及脱干退捻过程中筒状织物变
成绳状或在输送过程中机器振动等其他不确定因素，线缝常常偏离刀片，因此需要加入一
套自动控制系统来纠偏此引导线缝，要纠偏首先要对引导线缝进行自动识别。 目前国内的剖布机主要是通过操作工人人眼观测引导线缝，然后手动调节布匹偏
斜修整机构，在高速长时间剖布下劳动强度较大，人易疲劳。在自动化控制方面，国外如意
大利CORINO公司的高速剖布机，引导线缝的识别系统是利用高速CCD设备来对引导线缝进
行识别，其特点是反应速度快，识别精度高，但是这个部件价格非常昂贵。而目前国内市场
上常见的CCD，其一秒只能处理25帧画面，远远达不到这种高速剖布机的要求。 在国内，也有人提出利用光电探测器阵列传感器来实现引导线缝跟踪的目的。在
专利ZL200610027140《织物引导线跟踪器》中，作者提出采用光电探测器，将多个光电探测
器并行排列组成一个光电探测器阵列，通过采集各个光电探测器的输出信号，判断透过线
缝的光斑照射在哪一块光电探测器上，来得到线缝的位置。这种方法有以下特点1、精度等
于相并的两个探测器中心的距离。2、其识别的位移量是离散值，不是连续的位移量。3、结
构简单，处理电路简单，数据的处理简单。由于光电探测器宽度的限制，一般其间距为5mm，
所以采用该方法能够达到的精度也是5mm，而线缝宽度约l-2mm，这里的精度不够高。如果
光斑透过线缝照在了两块光电探测器之间，那么通过这种方法就识别不出来线缝的位置，
也就是说这种方法存在探测死区，而且至今尚未见有相应的市售自动剖布机产品。 由此可见，研制一种能够快速，准确并且视角范围无死区的线缝位置识别系统就
很有必要了。
发明内容针对国内已存在的专利在引导线缝跟踪应用上精度不高，且视角存在死区等不足，本实用新型的目的基于一维位置敏感传感器PSD的光电效应，提出一种基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
3[0009] 本实用新型包括圆筒针织布剖布机械装置；还包括光源产生装置、引导线缝信号识别单元以和信号处理单元；其中光源产生装置水平放置在圆筒布内，剖布刀片的正上方，光源产生装置发出的光束正对布料上的引导线缝；引导线缝信号识别单元放置在圆筒布的外部，并且也水平放置使光源发出的光正对一维位置敏感传感器的表面，信号处理单元与主控制器连接。 所述的光源产生装置是在平行光管可移动部分安装近红外LED灯以及在光管的前部安装透镜。 所述的引导线缝信号识别单元由多块一维位置敏感传感器PSD按照感光线性区首尾串接并安装在PSD固定插座上。 所述的信号处理电路是由多个相同的子电路构成，其中每一个子电路的两个输入端分别与传感器的输出极通过固定插座由导线连接；信号处理电路的一个子电路由两个前置放大器，两个RC滤波器，两个后置反相器以及两个采样保持器组成；一维位置敏感传感
器的两个输出极经过固定插座由导线分别接至两个前置放大器的输入端，经前置放大器转
换的电压经过RC滤波器滤波后连接到用来将负电压转换为正电压的后置反相器的输入端
上，后置反相器的输出端与采样保持器的输入端连接，经采样保持电路后的信号直接接入
到主控制器的接口中。 本实用新型具有的有益效果是 本实用新型利用一维位置敏感传感器的光电效应，检测精度高，并且能够在较短的时间内检测到引导线缝，计算出引导线缝的位置，做到快速响应性跟良好的精确性。本实用新型提出将多块位置敏感传感器组合起来使用的方法，将多块PSD接插在自行设计的固定插座上，使得识别视角范围宽广，无死区。处理电路跟程序流程简单，提高了识别线缝的工作效率。本实用新型还可以用于检测带有小孔或缝隙的工件或其他材料的位置。
图1是本实用新型的总体结构图。[0016] 图2是本实用新型的PSD组合模块的结构图。[0017] 图3是本实用新型的PSD固定插座简图。[0018] 图4是本实用新型的信号处理子电路示意图。[0019] 图5是本实用新型的处理程序流程图。 图中1 、布匹偏斜修整机构驱动电机，2、布匹偏斜修整机构，3、圆筒针织布，4、导布笼，5、平行光管，6、近红外LED灯，7、透镜，8、剖布刀片，9、 PSD组合阵列，10、 PSD固定插座，11、PSD信号处理电路，12、主控制器，13、导布辊筒。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。 如图1所示，该发明包括圆筒针织布剖布机械装置；还包括光源产生装置、引导线缝信号识别单元以和信号处理单元；其中光源产生装置水平放置在圆筒布内，剖布刀片的正上方10cm处，光源产生装置的前端距离布料10cm，光源产生装置发出的光束正对布料上的引导线缝；引导线缝信号识别单元放置在圆筒布的外部距离布料10cm处，并且也水平放置使光源发出的光正对一维位置敏感传感器的表面，引导线缝信号识别单元的输出信号通过导线与信号处理单元相连；信号处理单元与主控制器连接。 所述的光源产生装置是在平行光管5的可移动部分安装近红外LED灯6以及在光管的前部安装透镜7。由于PSD的光谱特性，波长600nm-900nm的光对PSD的感光效应较好，本实用新型所用近红外LED灯6采用波长为900nm的大功率LED灯。近红外LED灯6的亮灭受到主控制器12的控制，通过调节平行光管5使得红外LED灯位于透镜7的焦点位置，点光源发出的光透过透镜7，可以获得均匀的平行光束。 所述的引导线缝信号识别单元由多块一维位置敏感传感器PSD按照感光线性区首尾串接所组成的PSD组合阵列9安装在PSD固定插座10上组成，其中PSD组合阵列9的相应弓I脚插嵌在PSD固定插座10中并且通过螺钉固定在插座上。本实用新型应用位置敏感传感器PSD的光电效应原理来实现引导线缝的识别过程。 一维PSD是一种基于横向光电效应的光电位置敏感器件，它相当于一块大面积的PN结。它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转化为电信号，当一束光入射到PSD上时，在同一面上的不同电极之间将会有电流流过，这种电压或者电流随着光点位置变化而变化的现象称为半导体的横向光电效应。当光点照射在一维PSD的感光面上，将在入射点和引出电极间产生横向电势，而入射点和引出电极之间的电阻率相等，所以引出电极输出的光电流大小与入射点到引出电极的距离成反比。根据两个电极输出的电流和电极间距可计算出光点距离电极的位置。当透过引导线缝的条状光斑照射在位置敏感传感器某个位置，其两极会产生相应的光生电流，通
过得到两极电流的大小I" I2与PSD的感光区长度L，由公式1 = "^^*^便可得到的光
斑离PSD中心的距离X。 PSD具有响应速度快(可达微秒级)，分辨精度高(可达微米级)，能够输出连续的电流信号并且位置敏感传感器的位置信号数据与光点在探测器上的形状无关的特点。本实用新型实施例中采用的是日本滨松光子有限公司生产的一维PSD，型号为S3270，其感光区长度为37mm是该系列长度最长的一维PSD。由于这里需要宽度大的识别范围，所以一块PSD还不够，本实用新型将同型号的三片一维位置敏感传感器按照线性区首尾相接的规则组合起来，如图2，构成了 PSD组合阵列9。通过PSD固定插座10将PSD组合阵列9固定起来，并实现其电路的连接。如图3，本实施例采用自行设计的PSD固定插座10，上面可以固定三块PSD，小孔的底部镶铜并在插座内部与插座后面的对应的接线端子相连。螺纹孔用来固定一维PSD的两端。将PSD相应的引脚插入对应的引脚孔并用螺钉将PSD固定在插座上。为了获得较好的准确性，引脚孔的位置也是通过精确测量确定的。 一维位置敏感传感器的感光区存在着线性区跟非线性区。光斑在线性区时通过公式得出的结果较准确，非线性区通过公式得出的结果存在着非线性误差。为了克服这点，三片PSD，一片在下方，另外两片在上方，每一片的线性感光区的起始位置与另外一片的线性感光区的末尾位置相齐，这样即可覆盖住大范围的测量范围又可弥补每片PSD上非线性区的不足。PSD组合阵列水平放置，布料上的引导线缝是竖直的，所以光透过布料照射在PSD上就会有一个lmm宽的光斑，通过这个来计算出引导线缝的位置。 如图4所示，该处理子电路的两个前置放大器是由两个运算放大电路组成，分别是将一块PSD的两个输出极的光生电流转换为能被AD转换的电压，其中运算放大芯片IC1，IC3采用具有较低的偏置电流特性，并且输入噪声电压和零漂电压都比较小的运放芯片，例
5如0P07。放大反馈电阻R1，R4的大小取为100K欧姆，电阻R2，R5以及电容Cl， C4构成两个RC滤波器用来滤掉高频噪声信号。前置放大电路是将微弱的光电流Iyl2转换为在AD采样范围内的电压值，即U'工二-R山，U' 2 = _R2I2。由于这里电压值输出是个负电压，不能直接AD被所采样，所以需要加上反相器。最终得到的电压为^二-U'工=R山，U2 =-U' 2=尺212。这里直接将转换的信号采集到单片机内，利用软件来实现加法、减法与除法的过程。这样不仅可以节省成本使电路更加简单而且避免运放过多造成不必要的误差。又因为实施例中用了三片PSD，所以这三片PSD采样时间必须一致，因此在反相器后面需要加上保持采样器S/H。输出的电压直接被AD转换。实施例电路图中，用来实现放大功能的运放芯片主要由0P07组成，采样保持电路主要由芯片LF398组成。 一个位置敏感传感器PSD的两个输出极经过固定插座由导线分别接至两个前置放大器IC1，IC3的输入端，前置放大器IC1，IC3的输出端输出电压经过RC滤波器滤波后与后置反相器IC2， IC4的输入端相连。后置反相器IC2， IC4的输出端与采样保持器S/H的输入端相连。经采样保持器后的信号直接接入到主控制器的接口中。 如图l，主控制器12主要由单片机电路组成。输入的是PSD经信号调理电路后的电压模拟量，经单片机内部的AD转换模块采集后转换为数字量。实施例中用到的单片机是飞思卡尔公司生产的16位单片机MC9S12XDP512，其总线速度能达到40MHz，具有512K的flash以及64K的EEPROM存储空间，使用起来非常方便。主控制器12用来获得引导线缝的位置并对布匹偏斜修整机构进行控制，使得剖布刀片始终对准圆筒针织布的引导线缝。所述的圆筒针织布剖布机械装置由导布笼4，剖布刀片8，电动布匹偏斜修整机构2，电动布匹偏斜修整机构驱动电机1，导布辊筒13构成。导布笼4主要是将经过染布及烘干的绳状布料撑开成圆筒状布料并引导布料向下运动，导布笼4的大小可以经过手动转轮来调整达到圆筒布的工作尺寸。剖布刀片8固定在PSD识别装置中心位置下方沿着引导线缝进行剖布。辊筒导布13将剖开的面状布料平整并通过摩擦力使筒状布向下运动。电动布匹偏斜修整机构驱动电机1受单片机的控制，依据引导线缝的位置改变转速，带动电动布匹偏斜修整机构2运作，从而调整圆筒针织布的偏转位移大小，使得引导线缝能够对准刀片。当光斑在PSD组合体中心位置右边时，调整布匹偏斜修整机构，使得布匹向左偏转；当光斑在PSD组合体中心位置左边时，调整布匹偏斜修整机构，使得布匹向右偏转。 整个剖布的过程如下导布笼4将缠成绳状的圆筒针织布3撑开，导布辊筒13的转动通过摩擦力使得撑开的圆筒针织布3向下运动。剖布刀片8固定在下方进行剖布。剖开的布料经过导布辊筒13输送至另一端进行平整。当引导线缝有偏离刀片的趋势，此时光源发出的光束透过布料所产生的条形光斑也会在一维位置敏感传感器9上产生偏移。传感器将会识别条形光斑的位置从而直接反应出引导线缝的位置。 一维位置敏感传感器9的输出电极输出微弱的电流信号通过信号处理电路11后得到能被主控制器12直接采集的电压信号。这些信号被主控制器12采集并处理得到条形光斑的位置并最终得到引导线缝的位置。从而驱动布匹偏斜修整机构驱动电机l的转动使得布匹偏斜修整机构将布匹偏转一个角度以使得剖布刀片8始终对准引导线缝。 图5是程序算法步骤，接收到PSD输出信号后，先需要判断是哪一块PSD接收到了光斑信号，将三块PSD从左至右进行编号，分别为1、2、3号。PSD光感区长的为L，线性区长度为L"检测分两种情况一、光斑照射在某块PSD的非中点位置；二、光斑照射在某块PSD的正中间。情况二是在进行比较后，各块PSD两极输出电流都相等，这时则需要对不同PSD的两极电流的和进行比较，电流较大的那块即为光斑所照射的PSD，记下其编号，若编号为2，则光斑在正中央，无需调整。若为编号1的PSD，则距中心左偏的位移为;若为编号2的PSD，则距中心右偏的位移为Lp对于情况一则需要分别比较每块PSD两极输出电流大小，大小不等的那块PSD即为光斑所照射的PSD，记下其编号，然后通过被照射的PSD的两极电流所转换的电压值来计算出光斑此时在该块PSD上的具体位置，距离那块PSD中心的位置
为^' =^^*^ 。通过PSD的位置以及光斑在PSD上的位置综合得出光斑的位置。进而采
取合适的控制算法驱动电动布匹偏斜修整机构来对筒状针织布进行调整，保证剖布刀片对准引导线缝。
权利要求基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置，包括圆筒针织布剖布机械装置，其特征在于还包括光源产生装置、引导线缝信号识别单元以和信号处理单元；其中光源产生装置水平放置在圆筒布内，剖布刀片的正上方，光源产生装置发出的光束正对布料上的引导线缝；引导线缝信号识别单元放置在圆筒布的外部，并且也水平放置使光源发出的光正对一维位置敏感传感器的表面，信号处理单元与主控制器连接。
2. 根据权利要求1所述的基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置，其特征在于所述的光源产生装置是在平行光管(5)可移动部分安装近红外LED灯(6)以及在光管的前部安装透镜(7)。
3. 根据权利要求1所述的基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置，其特征在于所述的引导线缝信号识别单元由多块一维位置敏感传感器PSD按照感光线性区首尾串接并安装在PSD固定插座(10)上。
4. 根据权利要求1所述的基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置，其特征在于所述的信号处理电路是由多个相同的子电路构成，其中每一个子电路的两个输入端分别与 传感器的输出极通过固定插座由导线连接；信号处理电路的一个子电路由两个前置放大器，两个RC滤波器，两个后置反相器以及两个采样保持器组成；一维位置敏感传感器的两个输出极经过固定插座由导线分别接至两个前置放大器的输入端，经前置放大器转换的电压经过RC滤波器滤波后连接到用来将负电压转换为正电压的后置反相器的输入端上，后置反相器的输出端与采样保持器的输入端连接，经采样保持电路后的信号直接接入到主控制器的接口中。
专利摘要本实用新型公开了一种基于一维位置敏感传感器的引导线缝位置识别装置。包括圆筒针织布剖布机械装置；还包括光源产生装置、引导线缝信号识别单元以和信号处理单元；其中光源产生装置水平放置在圆筒布内，剖布刀片的正上方，光源产生装置发出的光束正对布料上的引导线缝；引导线缝信号识别单元放置在圆筒布的外部，并且也水平放置使光源发出的光正对一维位置敏感传感器的表面，信号处理单元与主控制器连接。本实用新型利用一维位置敏感传感器的光电效应，检测精度高，并且能够在较短的时间内检测到引导线缝，计算出引导线缝的位置，做到快速响应性跟良好的精确性。将多块PSD接插在固定插座上，识别视角范围宽广，无死区。处理电路跟程序流程简单。
文档编号D06H7/08GK201459488SQ200920123959
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者吕存养, 周冠雄, 周豪, 曹振波, 曹洪才, 杨德亮, 许俊龙, 郭吉丰, 陈波扬, 魏燕定 申请人:浙江大学