专利名称：自动纱线综合测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种纺织测试仪器，具体说是一种纺织行业用于纱线物理指标测试的自动纱线综合测试仪。
通常需要测试的纱线物理指标有；1、纱线直径(用毫米表示)；2、条干均匀度(用CV％表示)；3、粗节个数(按照比平均直径粗的百分数分类统计)；4、细节个数(按照比平均直径细的百分数分类统计)；5、毛羽个数(按照伸出纱线主干的长度分类统计)。
在本实用新型作出以前已有测试仪器能够检测纱线的以下项目指标纱线的直径通常间接地用支数表示，支数的含义是单位重量的纱线长度与一定长的比值，支数的测定需要在测长仪上绕取一定长度的纱线，然后在天平上称重量，通过计算间接地得到支数值。
常用的电容式条干均匀度试验仪可以检测纱线条干均匀度和纱疵，其原理是当粗细不同的纱线经两极板组成的电容时电容量发生变化，根据电容量变化的大小可以间接地检测纱线粗细变化的程度。
纱线毛羽的检测通常采用光电投影法，其原理是当运动的纱线经过光电接收器时其毛羽产生的影像是明暗交替的，它使光电接收器产生脉冲，根据脉冲的频率和不同光电接收器上脉冲的多少来计算。
以上测试方法和测试仪器存在的主要不足有1、这些指标各自需要在不同的仪器上采用不同的方法检测，而且由于试样不可重复利用，无法在同一试样上测得多项指标，造成试样浪费，测试设备成本高，降低工作效率。
2、支数和条干均匀度、纱疵的测试结果实际上是统计结果，无法与纱线的实际情况一一对应。而且，由于电容测量法容易受环境因素的干扰，纱线在两个电容极板间运动，空气中的粉尘杂质、环境的温度、湿度对电容都有影响，而这种影响产生的电讯号混杂在被测纱线所产生的电讯号中无法鉴别、无法分离，因而直接影响到测试结果的准确性。
本实用新型正是基于以上设计思想，通过以下技术方案实现的一种自动纱线综合测试仪，包括 导纱机构、走纱速度调节显示器、传感单元、信号及数据处理电路、测量结果输出单元，其特征在于所述的传感单元由CCD像感器、光源、调光电源、光学装置组成，CCD像感器和光源分别置于光学装置的两侧，导纱机构中有两导纱轮设置在光学装置和CCD像感器之间，使经过两导纱轮的纱线长度方向与CCD光敏元的排列方向垂直，CCD像感器的输出连接到信号及数据处理电路的输入端口，信号及数据处理电路的输出连接到测量结果输出单元的输入端口。
所述的信号及数据处理电路包括时序及控制电路、二值化电路、测量数据处理电路，CCD像感器的输出连接到二值化电路，二值化电路的输出经过测量数据处理电路处理后通过输出接口电路送给由计算机、显示器、打印机组成的测量结果输出单元，时序及控制电路发出的时序脉冲和控制信号分别连接到CCD像感器、二值化电路、测量数据处理电路和输出接口电路。
所述的走纱速度调节显示机构中电动机的转轴与主动皮辊联接，电动机与调速器连接，电动机的转轴上安装有光电编码器，光电编码器输出的脉冲连接到速度测量显示器，速度测量显示器有可与计算机进行通信的RS232接口。
所述的导纱机构包括导纱勾、纱线张力器、导纱轮和主动皮辊、从动皮辊，主动皮辊与电动机的转轴联接。
所述的走纱速度调节显示机构包括与电动机连接的调速器，电动机的转轴上安装有光电编码器，光电编码器输出的脉冲连接到速度测量显示器，速度测量显示器有可与计算机进行通信的RS232接口。
所述的光学装置为一凸透镜，所述的光源为一灯泡，灯泡配置调光电源，灯泡、凸透镜、CCD像感器光敏元的中心点均在同一水平线上。
本实用新型的优点和积极效果是采用CCD图象传感器把纱线的外观形态直接转换成代表一定精确尺寸的系列脉冲，通过计算可以得到纱线的各种与尺寸相关的物理指标，实现了在一台仪器上一次走纱测试多种纱线指标的目的。由于采用了摄影测量、计算机图象处理技术来进行纱线物理指标的测试，技术先进、测试精度高，仪器性能可靠、操作方便、测试效率高；一次走纱几分钟就能够测得纱线直径、条干均匀度、纱线疵点、纱线毛羽等多项指标，同时，可以在计算机屏幕上模拟纱线直径和纱线毛羽变化的动态图像。而且，结构简单、合理，在采用尖端核心技术的同时保证了较高的性能价格比。
图5是本实用新型一个实施例的走纱速度调节显示机构示意图；图6是本实用新型所要检测的纱线指标示意图；图7是本实用新型一个实施例中的导纱机构、传感单元立体结构图。
具体实施方施参见
图1，一种自动纱线综合测试仪，包括导纱机构、走纱速度调节显示器3、传感单元1、信号及数据处理电路4、测量结果输出单元5。
由导纱勾2-1、2-3、纱线张力器2-2、导纱轮2-4、2-5、2-6和主动皮辊2-8、从动皮辊2-7组成了导纱机构，主动皮辊2-8与电动机2-9的转轴联接，当电机2-9按一定速度转动时，纱线就按相应的速度运行，导纱轮2-4、2-5的位置必须保证纱线与CCD像感器1-4的感应面平行，与CCD光敏元排列方向垂直。
传感单元1中的CCD像感器1-4是一种电容耦合型半导体成像器件，它是由一定数量的单元排列而成，每一个单元(也称为光敏元或像素)的几何尺寸都是相同的定值，它能存储由光或电激励产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内做定向传输而实现自扫描，因此，用光学方法使被测对象成像在CCD的光敏元上，CCD像感器就把光敏元上的光信息转换成与光强成比例的电荷量，用一定频率的时钟脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端可以获得被测对象的视频信号，视频信号中每一个离散电压的大小对应着该光敏元所接收光强的强弱，而信号输出的时序对应CCD光敏元位置的顺序。本实用新型就是利用CCD的这一原理来进行纱线几何尺寸的测量的。
CCD像感器通常有线阵列和面阵列两种，本实用新型采用线阵列CCD像感器，纱线与CCD光敏元的排列方向垂直，与CCD像感器的感应面平行。图2描述了某一瞬间纱线在CCD上成像的情况，光学装置将纱线成像在CCD的光敏面上，粗细正常的纱线的像在CCD上占第b、c、d、e、f、g光敏元，右侧的毛羽在CCD上占第h、I、j、k、l、m、n光敏元，此时在CCD的输出端对应第b、c、d、e、f、g光敏元所输出的电压、对应第h、I、j、k、l、m、n光敏元所输出的电压和其他未被遮挡的光敏元所输出的电压三者之间有着明显的区别，根据CCD输出的电压就可以判断出有几个光敏元被纱线遮挡、有几个光敏元被毛羽遮挡，由于CCD器件的独立单元即光敏元的几何尺寸是定值，因此，可以计算出纱线的直径和毛羽的长度。
由于纱线是运动着的，当某一时刻有粗节的纱线或有细节的纱线成像在CCD上，被遮挡的光敏元就增加或减少，根据增加或减少的多少就可以计算出粗节或细节的大小。
选择CCD的主要根据是测试速度和测试精度，本实施例采用TCD1501线阵CCD，其光敏元为5000，光敏元大小是7μm×7μm，中心距离为7μm，在TTL脉冲下工作，电源为12V，时钟为二相(5V)，内部包含采样保持电路，采用22脚DIP封装。
由于CCD器件的光谱响应范围为0.4-1.5μm，成像系统的光源必须满足这一条件，本实施例的光源1-1采用一个碘钨灯，调光电源1-2采用一个0～5A可调的稳流源，光强度可调。光学装置1-3采用一个普通放大透镜，其焦距为168mm，碘钨灯放置在透镜的焦点上，光源经过透镜后为平行光出射，纱线放置在透镜和CCD的中间，纱线的阴影成像在CCD表面。在CCD的输出端就输出包含着纱线直径、粗细节、毛羽信息的视频信号。
该视频信号送到二值化电路进行二值化处理，二值化处理是把纱线的像和背景分离成为二值电平，其处理方法可以由计算机软件处理，也可以采用硬件电路处理，本实施例采用硬件电路处理，将CCD的输出电信号送到电压比较器的同相端，用一个电平作为阀值送到该电压比较器的反相端，在比较器的输出端得到视频信号的二值化结果，即高于阀值的部分均输出高电平，低于阀值的部分均输出低电平，形成了具有一定宽度的脉冲信号，脉冲的宽度对应被测对象的图像尺寸大小。在本实用新型中，CCD输出的视频信号中包含着三类信号表示纱线直径(含粗细节)的信号；表示毛羽的信号；表示背景的信号。由于纱线直径(含粗细节)信号和毛羽信号存在较大的差异，在进行二值化处理时采用了两个电压比较器，输出两列脉冲。其中一列脉冲的宽度对应纱线直径含粗细节的图像尺寸大小，另一列脉冲的宽度对应纱线毛羽的图像尺寸大小。
这两列脉冲送到测量数据处理电路，该电路的主要作用是用一个标准时钟对两列脉冲的宽度分别进行计数。计数值乘以脉冲当量得到像的尺寸，再乘以光学装置的放大倍率就得到被测对象的实际尺寸。
用一个标准时钟对脉冲的宽度分别进行计数有多种方法，例如通过一个专用计数器来实现，如图3所示；也可以采用微机的计数器/定时器接口，如图4所示。本实施例采用前者，参见图3，时序控制器产生的控制信号与CCD扫描相同步并通过计算机命令在采集数据过程中形成窗口信号，二值化信号作为标准时钟闸门把二值化信号所对应的时钟脉冲输入到计算机，在窗口信号结束时，计算机采集计数器的内容，在每一次测量前由时序电路产生一个对计数器的清零信号，再发出窗口信号允许计数器通道工作。窗口信号的宽度设计在CCD视频信号有效的范围内并覆盖被检测的二值化信号，在窗口信号的后沿发出数据采集完了信号，计算机检测到该信号后可以通过接口电路进行取数。
计算机取出的两组代表脉冲宽度的数，一组对应着纱线直径含粗细节的图像尺寸大小，另一组对应着纱线毛羽的图像尺寸大小。这两组数分别乘以脉冲当量得到像的尺寸，再乘以光学装置的放大倍率就得到被测对象的实际尺寸，即纱线直径含粗细节的尺寸和纱线毛羽的长度尺寸。但这两组数仅仅是CCD一次扫描的结果，也即纱线长度方向上一个光敏元长度(在本实施例中是7μm)的尺寸，由于纱线是以一定的速度运行的，CCD扫描也以一定的频率不断地进行，因此，计算机就可以得到许许多多这样的数组，用这些数组，计算机一方面在屏幕上模拟出以像素(光敏元)为横坐标，以纱线直径尺寸和纱线毛羽尺寸为纵坐标的两个动态图像。另一方面，通过计算求出各种需要的测试指标，如平均直径、CV％值、粗节个数(按照比平均直径粗的百分数分类统计)、细节个数(按照比平均直径细的百分数分类统计)毛羽个数(按照毛羽长度分类统计)，再以测试报告的形式打印输出，也可以用测试报告、文本等形式存盘备查。本实施例计算出以下指标平均直径、均方差、CV％值、粗节+25％+45％+50％+70％+100％，细节-25％-35％-45％-50％-60％，棉结+100％+150％+250％+300％+400％，毛羽个数(1-25mm中每1mm分一档)，绘制毛羽分布曲线。
CCD的光敏元尺寸直接影响着测试精确度，光敏元尺寸越小，测试精度越高，CCD的扫描速度直接影响着测试效率，扫描速度越快测试效率越高，相应地测试系统的造价也越高。纱线的运行速度需要与CCD的扫描速度配合，本实用新型设计了走纱速度调节显示器3，如图5所示，主动皮辊2-8与电动机2-9的转轴联接，电动机2-9与调速器8连接，电动机2-9的转轴上安装有光电编码器6，光电编码器6输出的脉冲连接到速度测量显示器7，速度测量显示器7有可与计算机进行通信的RS232接口。本实施例采用小型变频调速器8调节走纱速度，光电编码器6采用成本较低的光电对管配之于码盘组成，速度测量显示器7将光电编码器输出的脉冲转换成线速度，以米每分钟显示，同时，通过RS232接口传送给计算机，以便计算机计算测试纱线的长度和各项指标。本实用新型的电机2-9也可以采用步进电动机，由计算机输出驱动脉冲进行速度调节，但这种方法需要占用计算机执行程序，往往影响主要测试程序的执行。
采用CCD像感器进行纱线物理指标的测试是一种直接测量方法，由于CCD的像素非常小(通常是微米级)，测量可以非常精确，纱线主干与毛羽很容易区分，而且干扰信号也比较容易鉴别和分离，这是目前常用的电容法测量无法做到的。本实用新型实现了在一台仪器上一次走纱测试多种纱线指标的目的，因此，降低了总的测试成本。
权利要求1.一种自动纱线综合测试仪，包括导纱机构、走纱速度调节显示器、传感单元、信号及数据处理电路、测量结果输出单元，其特征在于所述的传感单元由CCD像感器、光源、调光电源、光学装置组成，CCD像感器和光源分别置于光学装置的两侧，导纱机构中有两导纱轮设置在光学装置和CCD像感器之间，使经过两导纱轮的纱线长度方向与CCD光敏元的排列方向垂直，CCD像感器的输出连接到信号及数据处理电路的输入端口，信号及数据处理电路的输出连接到测量结果输出单元的输入端口。
2.按照权利要求1所述的自动纱线综合测试仪，其特征在于所述的信号及数据处理电路包括时序及控制电路、二值化电路、测量数据处理电路，CCD像感器的输出连接到二值化电路，二值化电路的输出经过测量数据处理电路处理后通过输出接口电路送给由计算机、显示器、打印机组成的测量结果输出单元，时序及控制电路发出的时序脉冲和控制信号分别连接到CCD像感器、二值化电路、测量数据处理电路和输出接口电路。
3.按照权利要求1或2所述的自动纱线综合测试仪，其特征在于所述的走纱速度调节显示机构中电动机的转轴与主动皮辊联接，电动机与调速器连接，电动机的转轴上安装有光电编码器，光电编码器输出的脉冲连接到速度测量显示器，速度测量显示器有可与计算机进行通信的RS232接口。
4.按照权利要求1或2所述的自动纱线综合测试仪，其特征在于所述的导纱机构包括导纱勾、纱线张力器、导纱轮和主动皮辊、从动皮辊，主动皮辊与电动机的转轴联接。
5.按照权利要求1或2所述的自动纱线综合测试仪，其特征在于所述的走纱速度调节显示机构包括与电动机连接的调速器，电动机的转轴上安装有光电编码器，光电编码器输出的脉冲连接到速度测量显示器，速度测量显示器有可与计算机进行通信的RS232接口。
6.按照权利要求1或2所述的自动纱线综合测试仪，其特征在于所述的光学装置为一凸透镜，所述的光源为一灯泡，灯泡配置调光电源，灯泡、凸透镜、CCD像感器光敏元的中心点均在同一水平线上。
专利摘要本实用新型提供了一种自动纱线综合测试仪，特点是传感单元由CCD像感器、光源、调光电源、光学装置组成，CCD像感器和光源分别置于光学装置的两侧，通过CCD图象传感器把纱线的外观形态直接转换成代表一定精确尺寸的系列脉冲，通过计算得到纱线的各种与尺寸相关的物理指标，实现了在一台仪器上一次走纱测试多种纱线指标的目的，提高了测试精度高和测试效率，一次走纱几分钟就能够测得纱线直径、条干均匀度、纱线疵点、纱线毛羽等多项指标，同时可以在计算机屏幕上模拟纱线直径和纱线毛羽变化的动态图像，测试结果以测试报告的形式打印输出，也可以用测试报告、文本等形式存盘备查，而且在采用先进技术的同时保证了较高的性能价格比。
文档编号G01N21/88GK2531393SQ0221290
公开日2003年1月15日 申请日期2002年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者孙建一, 杨成丽, 刘壮 申请人:山东省纺织科学研究院