丝线在线检测装置及在线检测方法与流程

本发明属于丝线领域，尤其涉及一种丝线在线检测装置及在线检测方法。

背景技术：

在丝线的加工过程中，会因为原丝质量、温度、拉力、拉伸率、走丝速度、给料速度、材料特性等因素不断变化，导致加工后的丝线力学特性发生大幅度的波动，因此，需要对加工前或加工后的丝线力学特性进行检测，借以修正加工工艺参数或剔除不合格的原丝。

目前，丝线的力学特性检测，一般都是在试验室进行离线监测，通过破坏性取样，截取一段或若干段丝线，在拉力机等设备上检测丝线的力学特性，通过统计的方法判定丝线的质量水平。

上述方法取样少，是一种破坏性取样，属于产品质量后评价而不能及时控制丝线加工工艺参数，其检测数据只能反映样品材料特性，并不能详细地反映丝线产品全程的真实质量，同时不能用于及时调节加工参数而使得丝线特性趋于设计值，往往造成大量废品。

技术实现要素：

本发明针对上述的技术问题，提出一种丝线在线检测装置及在线检测方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种丝线在线检测装置，用于丝线弹性常数的在线检测，其特征在于，包括：

张力增减单元，所述张力增减单元包括至少一个可提供稳定驱动力矩或阻尼力矩的动力轮，每个所述动力轮上设置有驱动系统或阻尼系统，所述张力增减单元的两侧分别为丝线的输入端和输出端；

测速装置，所述测速装置分别设置于所述输入端和所述输出端用以直接或间接测量所述丝线的走丝速度。

作为优选，所述动力轮设置有多个，每个所述动力轮设置有独立的驱动系统或阻尼系统。

作为优选，所述输入端和所述输出端分别设置有用以辅助测速的第一导向轮和第二导向轮，所述第一导向轮和所述第二导向轮为不提供动力的从动轮并且可在所述丝线的带动下自转；所述测速装置分别设置于所述第一导向轮和所述第二导向轮上用以测量所述丝线的走丝速度。

作为优选，所述测速装置为线速度传感器或转速传感器。

一种丝线在线检测方法，利用如上任一项所述的丝线在线检测装置进行检测，包括如下步骤：

待检测丝线按照设定的走丝速度，由所述输入端输入，绕经n个所述动力轮，由所述输出端输出，其中，n≥1；

所述丝线在所述输入端和所述输出端的张力值分别为fa和fb，其中，fa≠fb，所述输出端和所述输入端的张力差值δf＝fb-fa，控制δf为恒定值；

每个所述动力轮通过设置于其上的所述驱动系统或所述阻尼系统获得相应的驱动力矩或阻尼力矩，进而提供给所述丝线张力减量或张力增量，所述张力减量或张力增量统称为张力变量；

每个所述动力轮所提供给丝线的张力变量在数值上保证丝线在所述动力轮上不打滑，通过调节所述驱动系统或所述阻尼系统，使得所有动力轮所提供给丝线的所述张力变量值的总和等于δf的值，以使得系统平衡，即，f1+f2+…fn＝δf，其中，fi为第i个动力轮所提供给丝线的张力变量值；

利用所述测速装置分别直接或间接测量所述丝线在所述输入端的走丝速度va和所述输出端的走丝速度vb，求得vb/va的值；

计算弹性常数k＝δf/(vb/va-1)。

作为优选，当设置有导向轮时，所述丝线的走线方式为由设置于所述输入端的所述第一导向轮输入，绕经一个或多个所述动力轮，由设置于所述输出端的所述第二导向轮输出。

作为优选，定义fi＝qi×fi-1，其中，fi-1为丝线经过第i-1个动力轮后的张力值，qi为相关系数，当i＝1时，f0＝fa；

第i个所述动力轮所能提供给丝线的张力变量值fi的最大值为fimax，当fi＞fimax时，所述丝线在所述动力轮上产生滑移，相关系数的最大值qimax＝fimax/fi-1；为保证丝线在所述动力轮上不产生滑移，取qi＜qimax。

作为优选，所述δf的值由张力增减单元所提供并保持恒定。

作为优选，所述fa和所述fb的最大取值不大于所述丝线的设计抗拉力，最小取值保证所述丝线与所述第一导向轮或与所述第二导向轮之间的静摩擦力足以驱动所述第一导向轮或所述第二导向轮，并且丝线不会在所述第一导向轮或所述第二导向轮上产生滑移。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1.本发明所提供的丝线在线检测装置，结构简单，可设置于丝线加工过程中，实现全丝线段的在线无损检测，避免丝线由于检测受损而废弃。

2.本发明所提供的丝线在线检测方法，可实现对原丝的全丝线段弹性常数的无损检测，通过对原丝的力学性能评价筛选原丝产品，确定基本的工艺参数。

3.根据本发明所提供的丝线在线检测装置及在线检测方法所获得的成品丝线的数据，可以及时修正加工过程中的各参数，使得丝线产品具有稳定的力学特性。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的丝线在线检测装置的结构示意图一；

图2为本发明实施例所提供的丝线在线检测装置的结构示意图二；

图中：1、动力轮；11、驱动系统或阻尼系统；2、测速装置；31、第一导向轮；32、第二导向轮；4、丝线。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

传统的检测方法大多采用弹性模量来衡量丝线的特性，但弹性模量实际上表征的是组成丝线的材料的一种力学指标，并不能直接用来表征丝线的特性。根据胡克定律，丝线的伸长量δl与其所受的拉力的变化幅度δf成正比，与其弹性系数k成反比，即：

k＝δf/δl＝δf/(l×e)，其中，

e为拉伸率，在设定时间t内，丝线的输入长度为la，输出长度为lb，输入、输出的速度分别为va和vb，则e＝(lb-la)/la＝(vbt-vat)/(vat)＝vb/va-1。

k值取决于所选用的材料、丝径、长度、形状等因素。

本发明将单位长度丝线的弹性系数定义为丝线的弹性常数k，用来表征单位长度丝线的力学特性，弹性常数k＝δf/(δl/l)＝k×l＝δf/e＝(fb-fa)/(vb/va-1)。k的单位为n或kn，和力的量纲相同，用s代表丝线截面积，弹性模量e＝δfl/δl/s＝kl/s＝k/s。k值能反映丝线沿程分布的弹性特征，并包含弹性模量、丝线直径等特性，直接关联着丝线的综合性能，更有利于评价丝线质量和实际应用。

本发明实施例基于以上，提供了一种丝线特性的在线检测装置及在线检测方法，可实现了丝线弹性常数的在线检测。

如图1所示，本发明实施例所提供的丝线在线检测装置，用于丝线弹性常数的在线检测，包括：张力增减单元，所述张力增减单元包括至少一个可提供稳定驱动力矩或阻尼力矩的动力轮1，每个所述动力轮1上设置有驱动系统或阻尼系统11，所述张力增减单元的两侧分别为丝线的输入端a和输出端b；测速装置2，所述测速装置2分别设置于所述输入端a和所述输出端b用以直接或间接测量所述丝线的走丝速度。

需要说明的是，所述驱动系统或阻尼系统为现有的装置，例如可以为可调扭矩阻尼器或可调扭矩电机等，其在图1中以11简单地进行表示，设置位置没有具体的限定，可以设置于动力轮1的轮轴上，还可以设置于轮轴以外的位置，只要可以为动力轮1提供驱动力矩或阻尼力矩即可；所述动力轮1的数量和布置方式没有特殊的限定，只要可以实现走丝并且分担丝线输入端a和输出端b的张力差值即可。

传统的检测方法是选择性的随机截取一段丝线样品进行检测，这种方法一方面会破坏丝线，导致检测丝线废弃，造成浪费；另一方面，由于是随机截取一段进行检测，检测结果并不能代表全丝线段的性能。本发明实施例所提供的在线检测装置结构简单，可设置于丝线加工过程中，实现全丝线段的在线无损检测，提高检测结果的准确性，并用于闭环控制加工参数，改善丝线质量。

作为一种实施方式，如图1所示，所述动力轮1设置有多个，每个所述动力轮1设置有独立的驱动系统或阻尼系统11。通过所述驱动系统或阻尼系统11提供给相应动力轮1所需要的驱动力矩或阻尼力矩，每个所述动力轮1独立工作互不影响。

作为一种实施方式，如图2所示，所述输入端a和所述输出端b分别设置有用以辅助测速的第一导向轮31和第二导向轮32，所述第一导向轮31和所述第二导向轮32为不提供动力的从动轮，并且可在所述丝线4的带动下自转；所述测速装置2分别设置于所述第一导向轮31和所述第二导向轮32上用以测量所述丝线4的走丝速度。

在本实施方式中，所述第一导向轮31和所述第二导向轮32作为辅助测速的转轮，通过丝线4带动第一导向轮31和第二导向轮32转动，将丝线4的走丝速度以转速的形式传递给测速装置2，实现走丝速度的测量。但需要说明的是，所述第一导向轮31和所述第二导向轮32对于丝线走丝速度的测量不是必须的，如果可以通过线速度传感器直接测量丝线的走丝速度而不需要辅助测速的设备，此时不需要在输入端a和输出端b设置导向轮。

本实施例所述测速装置2包含可直接或间接测量输入端走丝速度va和输出端走丝速度vb的所有装置，例如可以为线速度传感器、转速传感器等，只要通过测量和计算可获得丝线输入端a或输出端b的走丝速度比值vb/va的值即可。

当所述测速装置2为线速度传感器时，测量值为线速度，即测量得到丝线输入端走丝速度va和输出端走丝速度vb；当所述测速装置2选用旋转编码器作为转速传感器时，在同一时间段内，第一导向轮31带动编码器发生的脉冲数为na，第二导向轮带动编码器发生的脉冲数为nb，此时丝线输入端走丝速度va和输出端走丝速度vb的比值还与两个导向轮的直径比值有关，即，丝线的弹性常数k＝(fb-fa)/(vb/va-1)＝(fb-fa)/(c×nb/na-1)，其中c为第二导向轮32的直径与第一导向轮31的直径的比值。

当所述测速装置2为转速传感器时，作为优选，所述第一导向轮1和所述第二导向轮2直径相同或具有确定的比例关系c。这样设计是为了便于通过转速比值计算获得线速度比值。

本发明实施例所提供的丝线在线检测方法，利用如上所述的丝线在线检测装置进行检测，包括以下步骤：

待检测丝线4按照设定的走丝速度，由所述输入端a输入，绕经n个所述动力轮1，由所述输出端b输出，其中，n≥1；

所述丝线在所述输入端a和所述输出端b的张力值分别为fa和fb，其中，fa≠fb，所述输出端b和所述输入端a的张力差值δf＝fb-fa，控制δf为恒定值；

每个所述动力轮1通过设置于其上的所述驱动系统或所述阻尼系统11获得相应稳定的驱动力矩或阻尼力矩，进而提供给所述丝线4张力减量或张力增量，所述张力减量或张力增量统称为张力变量；

每个所述动力轮1所提供给丝线的张力变量在数值上保证丝线4在所述动力轮1上不打滑，通过调节所述驱动系统或所述阻尼系统11，使得所有动力轮1所提供给丝线4的所述张力变量值的总和等于δf的值，以使得系统平衡，即，f1+f2+…fn＝δf，其中，fi为第i个动力轮1所提供给丝线4的张力变量值；

利用所述测速装置2分别直接或间接测量所述丝线4在所述输入端a的走丝速度va和所述输出端b的走丝速度vb，求得vb/va的值；

计算弹性常数k＝δf/(vb/va-1)。

本申请实施例所提供的上述在线检测方法，通过设置输入端a和输出端b恒定的张力差值，并且通过中间设置的动力轮1向丝线4提供可与张力差值平衡的张力变量，从而使得系统的张力平衡；此外，通过在每个所述动力轮1上分配合适的张力变量，保证丝线4在动力轮1上不产生打滑现象，保证检测结果的准确性。

上述在线检测方法，可作为丝线加工过程中的一个工序，实现丝线的全程的弹性常数的在线无损检测。在丝线的加工过程中，可设置两套上述检测装置，分别实现对加工前的原丝和加工后的成品丝的弹性常数进行在线无损检测。通过对原丝的力学性能评价可以筛选原丝产品，确定基本的工艺参数。根据对成品丝线在线检测所获得的数据，可及时修正加工参数，避免由于原丝质量波动、参数不稳定以及环境变化等因素造成丝线质量超出目标值，使得加工后获得的丝线产品具有稳定的力学特性，解决了人们一直想要解决的技术问题。

作为一种实施方式，如图2所示，当设置有导向轮时，所述丝线4的走线方式为由设置于所述输入端a的所述第一导向轮31输入，绕经一个或多个所述动力轮1，由设置于所述输出端b的所述第二导向轮32输出。此方式主要针对需要通过辅助设备实现速度测量的测速装置2，如针对转速传感器。所述第一导向轮31和所述第二导向轮32为测试轮，不对丝线4提供张力。

作为优选的实施方式，定义fi＝qi×fi-1，其中，fi-1为丝线经过第i-1个动力轮后的张力值，qi为相关系数，当i＝1时，f0＝fa；

第i个所述动力轮所能提供给丝线的张力变量值fi的最大值为fimax，当fi＞fimax时，所述丝线在所述动力轮上产生滑移，相关系数的最大值qimax＝fimax/fi-1，可通过试验得到；为保证丝线在所述动力轮上不产生滑移，取qi＜qimax。

上述实施方式，选择qi和qimax作为衡量张力变量值fi的取值是否合适的标准，将是否产生滑移现象更具体化。所述qimax可通过测试丝线在所述动力轮上产生滑移现象的临界值获得。

作为一种优选的实施方式，所述δf的值由张力增减单元提供并保持恒定。

所述fa和所述fb的最大取值不大于所述丝线4的设计抗拉力，最小取值要保证所述丝线4与所述第一导向轮31，或与所述第二导向轮32之间的静摩擦力足以驱动所述第一导向轮31或所述第二导向轮32，并且丝线不会在所述第一导向轮或所述第二导向轮上产生滑移，使得检测结果更准确。当最大取值等于所述丝线4的设计抗拉力时，可用于检测丝线全程的抗拉能力。

根据以上所获得的弹性常数，可以进一步计算出弹性模量e，e＝k/s，此测量模型与传统静力法弹模试验方法相比，对丝线无损害，无复杂的附加设备，可以在线全程测量。

实施例1

如图1所示，待检测丝线由输入端a输入，绕经5个动力轮1，随后由输出端b输出；所检测丝线的设计抗拉力值为ft＝50n。

本实施例中5个所述动力轮1分别设置有阻尼系统并提供稳定的阻尼力矩。在牵引系统的作用下(图中未示出)，丝线从输入端a向输出端b运行，使得丝线的张力值沿丝线行进方向递增。通过携带配重的动滑轮(图中未示出)控制丝线输入端的张力值fa为10n。本实施例中有5个动力轮1，经过实际测量数据，各个相关系数qimax＞0.6，各个相关系数qi均取0.4，从输入端a至输出端b的5个动力轮1所提供给丝线的张力变量表现为张力增量，分别为f1～f5，即：

fa＝10n；

f1＝fa×0.4＝4n；

f2＝f1×0.4＝(fa+f1)×0.4＝5.6n；

f3＝f2×0.4＝(fa+f1+f2)×0.4＝7.84n；

f4＝f3×0.4＝(fa+f1+f2+f3)×0.4＝10.98n；

f5＝f4×0.4＝(fa+f1+f2+f3+f4)×0.4＝15.37n；

fb＝fa+f1+f2+f3+f4+f5＝53.78n。

为了便于对设计抗拉力实施检测，使得fb的值取50n，可调整张力变量值f5＝15.37-3.78＝11.59n，使得系统平衡。

通过线速度传感器测得丝线在输入端a的走丝速度va为0.09m/s，丝线在输出端b的走丝速度vb为0.1m/s，最终计算得到所检测丝线的弹性常数k＝(fb-fa)/(vb/va-1)＝(50-10)/(0.1/0.09-1)＝360n；所检测丝线的截面积s＝1×10^-6m²，则弹性模量e＝k/s＝360mpa。丝线最大张拉力控制在50n，可以检验丝线沿程的抗拉能力是否满足抗拉设计要求。

实施例2

如图2所示，待检测丝线由设置于输入端a的所述第一导向轮31输入，绕经5个动力轮1，由设置于输出端b的第二导向轮32输出，所检测丝线的设计抗拉力值为ft＝50n。

本实施例中5个所述动力轮1分别设置有驱动系统并提供稳定的驱动力矩，在牵引系统的作用下(图中未示出)，丝线从输入端a向输出端b运行，使得丝线的张力值沿丝线行进方向递减。通过携带配重的动滑轮(图中未示出)控制丝线输入端的张力值fa为50n。本实施例中有5个动力轮1，经过实际测量数据，各个相关系数qimax＞0.6，各个相关系数qi均取0.4，从输入端a至输出端b的5个动力轮1所提供给丝线的张力变量表现为张力减量，分别为f1～f5，即：

fa＝50n；

f1＝fa×0.4＝50×0.4＝20n；

f2＝f1×0.4＝(fa-f1)×0.4＝(50-20)×0.4＝12n；

f3＝f2×0.4＝(fa-f1-f2)×0.4＝(50-20-12)×0.4＝7.2n；

f4＝f3×0.4＝(fa-f1-f2-f3)×0.4＝(50-20-12-7.2)×0.4＝4.32n；

f5＝f4×0.4＝(fa-f1-f2-f3-f4)×0.4＝(50-20-12-7.2-4.32)×0.4＝2.592n；

fb＝fa-f1-f2-f3-f4-f5＝50-20-12-7.2-4.32-2.592＝3.888n。

为了便于恒张力控制，fb的值取4n，即调整张力变量值f5＝2.592-4+3.888＝2.48n，使得系统平衡。

通过分别设置于所述第一导向轮31和所述第二导向轮32上的旋转编码器，在相同时间内，测得第一导向轮31转动发生的脉冲数n1为180000，第二导向轮32转动发生的脉冲数n2为179820，所述第二导向轮32与所述第一导向轮31的直径比值c＝1，最终计算得到所检测丝线的弹性常数k＝(fb-fa)/(vb/va-1)＝(fb-fa)/(c×nb/na-1)＝46000n；所检测丝线的截面积s＝1×10^-7m²，则弹性模量e＝k/s＝460gpa。丝线的最大张拉力控制在50n，可以检验丝线沿程的抗拉能力是否满足抗拉设计的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。