包括用于监测夹持器带的磨损的光学装置的织机及所述织机的控制方法与流程

本发明涉及一种织机，该织机包含用于监测驱动在夹持器织机中，用于引纬的两个夹持器的柔性带(下面简单地表示为“夹持器带(gripperstrap)”)的磨损状况的光学装置。特别地，本发明涉及一种连续监测夹持器带的磨损状况，并在夹持器带的磨损达到危及其机械强度的程度之前向织机的中央控制系统发送报警信号的控制装置。

本发明还涉及所述织机的自动控制方法。

背景技术：

本领域的技术人员已知并且如图1中示意所示，在夹持器织机中，借助分别在其一端固定送纬夹持器或者接纬夹持器的两个柔性夹持器带t来控制送纬夹持器和接纬夹持器的交替运动，以将纬纱(weft)引入由经纱(warpyarn)组成的梭口(shed)内。两个夹持器带每一个的交替运动由各自的齿轮w产生，齿轮w的齿啮合在沿着夹持器带t的中心部分形成的一系列连续的孔眼f上。于是在运转中，夹持器带t表现为由齿轮控制的柔性齿条；事实上，一对金属导向滑动装置s迫使夹持器带t弯曲，附着在齿轮w的扇形区上，所述扇形区宽到足以将运动传递给带t，而不会对孔眼f造成过高的局部应力，并且在夹持器位于梭口外的位置时，将夹持器带t引导到织机下方的区域。

由于带倾向于保持其原有的直线形状，因此由导向滑动装置s引起的夹持器带绕齿轮w的变形会导致导向滑动装置s的表面与带t的外表面之间的持续拖动摩擦。然后，在夹持器带t的外侧边缘和沿梭口布置的金属导向钩之间发生进一步的摩擦现象，所述金属导向钩允许夹持器带t被拉回来并保持其直线形状，从而沿期望的方向驱动夹持器带t通过梭口。由夹持器带t在导向滑动装置s和导向钩中的快速拖动所产生的摩擦导致夹持器带t的表面的逐步磨损，直到它变得在安全条件下不再可用为止。

柔性夹持器带实际上是通过层叠组成和功能不同的几层材料制成的。受到摩擦从而产生磨损现象的夹持器带表面是最外层，所述最外层由为了降低摩擦系数而添加ptfe基填料的一层塑料材料(例如，聚酰胺)组成。紧接在所述最外层之下，存在形成夹持器带的结构，并决定其机械特征(比如柔韧性、尺寸稳定性和强度)的附加层。当所述最外层完全磨损时，夹持器带的摩擦系数急剧增大，从而大大加速磨损现象，使得需要在短时间内更换夹持器带。

然而，夹持器带的磨损不是一个规则的现象，因为它由几个并发因素制约，所述几个并发因素一起决定夹持器带的磨损速率，包括：

-织机运转速度；

-工作温度；

-夹持器带和导向滑动装置之间的间隙；

-夹持器带的不正确装配；

-不正确的织机调整。

于是，预测更换夹持器带的最佳时间目前是一个相当棘手的操作，它需要知道如何根据夹持器带的外观来正确评估夹持器带的剩余可用寿命的专业纺织工人的介入。事实上，过早更换夹持器带显然导致资源浪费和经济损失,而长时间使用已过度磨损的夹持器带带来夹持器带失效的严重风险,从而可能会对正在加工的纺织品和织机的相同部件造成损坏。

于是，本发明所解决的问题是使夹持器带的实际磨损状况的评估自动化，目的一方面是优化夹持器带的完全使用，避免夹持器带的过度预先更换，另一方面是避免织造过程中任何不期望的夹持器带失效风险。

在解决该问题时，本发明的第一个目的是定义一种用于检测夹持器带的磨损状况的技术，在此基础上可以有效地和连续地评估夹持器带的逐步磨损的状况，所述检测不应受到归因于所使用的各个夹持器带的固有性质的不可预测变量，以及在织造过程中可能发生的夹持器带的可能表面修改(比如由被加工纱线的颜色转移引起的夹持器带的不同着色)的影响。

然后本发明的第二个目的是提供用于监测夹持器带的磨损状况的装置，所述装置可以安装在织机上，而不产生额外的体积，并且不受织造环境的可变外部条件(比如光和灰尘)的影响。

最后，本发明的第三个目的是将用于监测夹持器带的磨损状况的所述装置集成到织机的总控制系统中，以便能够利用在夹持器带上检测的磨损状态来直接作用于织机的工作状况，通常是降低运行速度，以在等待更换磨损的夹持器带的同时，确保织造作业的安全进行。

技术实现要素：

借助包括具有在权利要求1中限定的特征的监测夹持器带的磨损状况的装置的夹持器织机，解决了上述问题，并且实现了上述这些目的。在从属权利要求中限定了监测夹持器带的磨损状况的所述装置的其他优选特征。

附图说明

根据仅仅作为非限制性例子提供的，并在附图中图解说明的本发明的优选实施例的以下详细说明，包括按照本发明的监测夹持器带的磨损状况的装置的织机的其他特征和优点将变得更清楚，附图中：

图1是表示在本说明书的背景技术部分中描述的引纱系统的基本元件的夹持器织机的示意正视图；

图2是夹持器带的一部分的平面图；

图3是作为按照本发明的监测夹持器带的磨损状况的装置的一部分的夹持器带的上表面的光学检测器的透视顶视图；

图4是图3的光学检测器的底视图；

图5是表示本发明的监测装置的电子基础结构的方框图。

具体实施方式

作为申请人对监测夹持器带的磨损状况的大量研究的结果，最终发现允许实现连续且有效地测量夹持器带状况的期望目标的唯一检测技术是基于光学测量的检测技术。事实上，这些实验证明影响磨损的夹持器带表面-在反射辐射的光谱内容和强度两方面-相对于同一夹持器带的完好无损的表面的反射率变化的光学测量允许进行夹持器带的磨损状况的客观、可靠并且可重复的评估。在移动的夹持器带上也可以平滑地进行光学测量，从而允许探索遭受磨损现象的夹持器带的宽表面；它们需要的安装体积有限，并且使它们自己适合于随后被自动处理，以获得夹持器带的光学简档(opticalprofile)-这里“光学简档”意味沿着具有预定宽度和长度的夹持器带的测试面，在不同波长下检测的反射辐射的强度的有序信息序列-申请人发现它可以很好地代表夹持器带的不同部分的磨损状况，尤其是在对同一夹持器带检测的光学简档的历史序列的比较分析中。随后，每隔预定时间自动比较这些光学简档和反射辐射的预定参考阈值，从而使得能够自动评估更换磨损的夹持器带的最正确时间。基于该成功实验的结果，构思了按照本发明的用于监测夹持器带的磨损状况的装置。

在本文中说明的优选实施例中，所述监测装置包括两个单独的光学检测器1，每个光学检测器1布置在相应的夹持器带t上，和处理来自所述光学检测器1的电信号的电子基础结构10。概念上，并且也在物理上，所述电子基础结构10包括3个不同的组件：用于信号的获取和数字化的fe前端，用于信号的控制和传输的be后端，最后是织机的中央控制单元lcu，在lcu内，进行信号获取的同步和计划、检测的光学简档的存储和处理，以及夹持器带磨损状况的评估。

光学检测器

每个光学检测器1包括至少一个led光源2和传感器3，所述至少一个led光源2和传感器3是以由光源2发出并由夹持器带t的表面反射的光主要聚焦于传感器3的方式相互定向的。按照本发明，有利的是光学检测器1被置于邻近相对导向滑动装置s的位置，以使总体积降至最小。由于如上所述，每个夹持器带t通常配备有两个导向滑动装置s(图1)，因此合意的是光学检测器1被置于紧邻布置在织机的上部的导向滑动装置8的位置。该位置是合意的，因为更容易接近，并且由于光学检测器1在这里可以控制随后进入梭口，于是由导向滑动装置s、导向钩和经纱所形成的摩擦力施加最大应力的夹持器带t的整个部分。为了进一步减小总体积，光学检测器1也可以并入上部的导向滑动装置s中，以致必须安装单个装置。

光学检测器1借助固定板p和适当的螺钉，以本身众所周知的方式固定到夹持器带t的导轨r。光学检测器1包括发出入射到夹持器带t的辐射的光源2，和检测由所述夹持器带t反射的辐射的传感器3，光源2和传感器3布置于在光学检测器1的下表面形成的窗口紧接的之后，面向夹持器带t所滑动的通道4，并由一片玻璃或者一片对感兴趣的波长透明的其他适当材料封闭，如图4中所示。于是，通过光源2对夹持器带t进行的照亮，以及借助传感器3对夹持器带t反射的辐射进行的检测发生在由光学检测器1的同一主体完全屏蔽光照条件和环境灰尘的位置处。

对于光源2，按照本发明，使用在可见光辐射(rgb)范围中和在红外辐射(ir)范围两者中具有不同的极窄带波长的led。对在不同波长下发出的多个辐射的反射辐射的分析实际上可以使干扰最小化，比如由所加工的纱线在夹持器带上沉积有色物质而引起的干扰，或者源于市场上现有的不同类型夹持器带或同一类型夹持器带的颜色变体的干扰；事实上，随之而来的夹持器带的颜色变化将只干扰用于发出的辐射的波长中的一些波长的反射辐射，而其他波长的反射辐射将保持不变，从而根据所述其他波长的反射辐射，总是有可能精心制作出意义重大的光学简档，然后在此基础上进行夹持器带t的磨损状况的分析。

正如在背景技术部分中提到的，归因于与导向滑动装置s的摩擦，在夹持器带t的整个上表面发生夹持器带t的磨损，归因于与经纱的摩擦，在夹持器带上下表面发生夹持器带t的磨损，并且归因于与梭口内导向钩的摩擦，主要在夹持器带的侧边发生夹持器带t的磨损。于是，夹持器带t上表面的与孔眼f相邻的侧面区域u无疑是更容易磨损的区域。由于这个原因，按照本发明精确地在所述区域u进行磨损状况的光学分析，于是，为了同时监测这两个区域，在图中图解所示的本发明的优选实施例中，光学检测器1配有对应于夹持器带的上述侧面区域u(图2中用点划线示意表示)精确地布置的一对传感器3，每个传感器3耦接到两个各自的光源2，即，发出红外辐射的红外led2r和以rgb颜色模型的三原色发出可见光辐射的可见光led2v。红外led2r和可见光led2v都以沿着相应传感器3的方向引导由夹持器带t反射的大部分辐射的定向安装在光学检测器1中。

于是，光学检测器1在夹持器带t的对应独立运行中，每隔预定时间通过每个光源2照亮夹持器带t，并借助传感器3获取由夹持器带t反射的辐射的强度。从这些数据中，提取并保存沿着夹持器带的反射强度的完整光学简档，所述光学简档包括由光源2发出的所有四种辐射频率。事实上，申请人通过实验发现归因于它们的反射率不同，夹持器带的任何可能的磨损部分都引起局限于光学简档的明确位置的反射辐射的可识别变更。由于获取由夹持器带t反射的辐射的过程与织机的运动精确同步，这些位置然后被夹持器带t的同样明确的区域匹配。

通常，夹持器带t的磨损状况的分析被分成以下阶段：

1.关于新的夹持器带t或者没有任何明显磨损迹象的夹持器带t，获取和存储初始参考光学简档；

2.每隔一定时间获取经历光学检测的夹持器带t的长度的光学简档；

3.比较与夹持器带的经历不同磨损条件的各个区域对应的当前光学简档的值；

4.将当前光学简档与初始光学参考简档以及与之前获取的光学简档的历史序列进行比较；

5.评估使用中的夹持器带t的平均磨损状态；

6.识别归因于局部磨损，显示与平均磨损状况不同的磨损状况的夹持器带t的任意区域。

用于光学信号处理的电子基础结构

前端fe一式两份地安装在与两个光学检测器1关联的两个相同的电子板上，如上所述。每个前端fe包括以下功能。

夹持器带照亮

夹持器带t由一对光源2照亮，所述一对光源2由用于每个传感器3的rgbled和irled形成。传感器3和光源2之间的相对定位是这样的，以便使由夹持器带t反射的辐射在传感器3上的会聚达到最大，从而使系统灵敏度达到最大。由于同样的原因，在传感器3的灵敏度峰值，选择由光源2发出的辐射的波长。归因于光源2和传感器3的上述位置，光学检测器1的主体防止环境光到达夹持器带t，从而改变传感器3的读数，这可以避免反射辐射的繁重调制和滤波技术。

由夹持器带t反射的辐射的获取和数字化

作为传感器3，优选使用模拟光电晶体管或光电二极管，因为它们的特征在于反射辐射的高获取率；这实际上允许在正常织造条件下进行反射辐射的检测，于是不需要中断加工或者等待织机停止。当然，也可以使用数字传感器，然而这通常提供低得多的获取率；这种情况下，于是，必须在生产停止期间，和通过用所谓的“慢动作织造”功能，使织机低速运动，进行反射辐射的检测。

反射辐射的强度由传感器3检测，并由传感器3直接转换成已适合于在模数转换器中数字化的放大的模拟电信号。要转换的通道的选择、转换率和通道的顺序完全由后端管理。

将数字信号传送给后端

数字化信号通过差分通道上的高速串行接口发送给后端，以提高抗干扰能力。

后端be安装在一个电子板上。该板一方面连接到两个电子前端fe板，另一方面连接到织机的中央控制单元lcu(图5)。后端be包括如下所示的功能。

led照明调节和其他前端控制

构成光源2r和2v的发光二极管的电源为恒流，对于4种发射波长中的每一种波长，按不同的特定值调制所述恒流。这允许在入射光的不同波长下，对于发出的光辐射的每个频率，获得为补偿传感器3的灵敏度的非线性所需的光量，以便不管入射光的波长如何，对于夹持器带t的每个相同的照亮区域，获得具有恒定强度的反射辐射的检测信号。按照类似的方式，就发射光强度/供电电流比而言，led的恒定供电电流的上述调制使得能够同时补偿不同类型的led的非线性。

在一定的限制内，如下更充分所述，电源恒流的调制还使得可以补偿由保护光源2和传感器3的透明窗口上的灰尘堆积所引起的检测信号的降低。

后端还控制其他前端fe功能，特别是模数转换器的管理。

从前端接收数字信号，并将这些信号传送给织机的中央控制单元

来自两个前端fe的差分信号(该差分信号表示沿着两个夹持器带t的扫掠区域反射的辐射的强度)以共模方式被转换，并作为输入提供给后端be的dsp，以便随后传送给织机的中央控制单元lcu。

后端be在缓冲存储器中获取实质上与获取速率对应的高传输速率(比特率)的该数据序列；随后短暂使最后获取的数据序列对织机的中央控制单元lcu来说保持可用，直到利用不同的光源2进行的下一个序列的获取为止。

这种延迟允许以与传感器3获取由夹持器带t所反射辐射的数据的速率相比低得多的值，优化后端be和织机的中央控制单元lcu之间的通信的传输速度，从而避免不必要地堵塞朝向织机的所述中央控制单元lcu的通信通道，同时保持原始检测的数据序列完好无损，而不需要进行子采样或抽取。用通过专用协议并且通过差分通道上的高速串行接口发送的串行化数据进行传输，以提高其抗干扰能力。

一旦数据序列到织机的中央控制单元的传输已完成，就清空缓冲存储器，be后端的dsp准备好接收利用不同的光源2进行的新的获取。

在织机的中央控制单元lcu的软件中集成专用软件模块，以处理从后端be获得的数据，并最终评估夹持器带磨损状况。该软件模块的主要功能如下。

获取的角度同步

首先，使从前端fe的数据获取与织机的角度位置同步，以便将获取仅限制于引纬周期的其中夹持器带t实际上在传感器3之下移动的时段，以及仅限制于夹持器带的有兴趣对其进行检测的区域。此外，为了使检测的数据精确地一对一对应于夹持器带t的不同扫掠区域，以及为了能够进行在随后的时间段内获取的夹持器带t的光学简档之间的显著比较，连续的不同获取之间的同步的高度一致性也是不可或缺的。

计划获取

织机每一边的数据获取频率，于是两个夹持器带t每一个的数据获取频率，还有在每个所述获取中用于照亮夹持器带t的波长的序列由程序定义。例如，关于上述各个光源2r和2v的数据获取序列由量级为秒的短间隔隔开，以便对于磨损检测，几乎同时进行四次获取，同时在两次连续的获取之间保留较短的时间间隔，以便允许完成向织机的中央控制单元lcu的数据传输，以及清空后端be的缓冲存储器。考虑到磨损是相当缓慢的现象，在数据获取组和下一个数据获取组之间通常改为保留例如量级为小时的大得多的间隔。

夹持器带光学简档的创建和存储，以及夹持器带磨损状况的评估

代表上述不同波长下的一组四次后续获取的反射辐射强度的数字数据序列在单一的夹持器带光学简档中被格式化，后续光学简档被保存在存储器单元中，以便每隔可以随意调整的一定时间比较它们。

这样保存的两个夹持器带每一个的光学简档的历史序列随后由安装在织机的中央控制单元lcu上的可编程比较单元自动分析，以便提取关于夹持器带磨损的进展的信息。事实上，磨损由在四次不同的入射辐射中的至少一次时，相对于最初在新的夹持器带上检测的磨损状况，反射辐射强度的逐渐衰减表示，该逐渐衰减可以通过反射信号的强度(所述强度随着磨损深度的增加而减小)，和通过出现磨损迹象的夹持器带区域的就宽度和长度而论的范围(所述范围随着磨损的发展而增大)来检测。这种方法从而使得可以使属于不同批次的夹持器带之间的颜色差异变得不相关，因为只评估从同一夹持器带提取的反射辐射信号的趋势。事实上，基于该趋势，所述比较单元可以自动评估夹持器带的磨损状况(磨损区域的扩展和深度)。

管理用户消息和织机控制

基于参考预先定义的阈值对夹持器带的磨损状况的评估，并且可能还基于织机的其他监测系统，通过显示装置v向用户发送报警消息，或者直接向织机的中央控制单元lcu发送闭锁信号。这样的报警消息于是可以例如提示操作人员降低织造速度，更换损坏的夹持器带，或者核实夹持器带的机械调整。在严重磨损的情况下，即，当织机的至少一个夹持器带(t)的磨损状况的评估超出预定阈值时，织机的中央控制单元按照本发明的自动控制方法被编程，以在第一阈值，强加织造速度的限制，或者在第二阈值，防止织机在第一次停机后因任何其他原因而重新启动，或者最后当达到第三阈值时，强制停止织机运转。

评估夹持器带磨损状况的算法

现在简要说明可在织机的中央控制单元lcu的软件中实现的用于评估夹持器带的磨损度的可能算法。为了更好地举例说明本发明的优选实施例，这里表示了该算法，但是必须清楚的是利用上面公开的装置创建和保存的夹持器带的光学简档当然也可以用其他算法进一步处理，而不因此脱离本发明的保护范围。

首先，沿着夹持器带t识别两个区域，准确地说，夹持器带t只在边缘受到磨损的区域a，因为它不从导向滑动装置s下面通过，或者只在插入夹持器带时低速通过那里，和作为不断地从导向滑动装置s下面通过于是更多地受到磨损的区域的区域b。

由于使获取与织机的角度位置同步的可能性，分开地获取在这两个区域a和b反射的辐射。

在夹持器带的区域a中获取的数据用于：

a.调制供给led光源2r和2v的恒流的强度，以获得被认为最佳的预定信号电平；

b.定义无磨损情况下的反射辐射的“基本信号”的电平，所述基本信号是被检查的特定夹持器带的特征，被认为是该夹持器带的初始参考值；

c.在开始每个数据获取组之前，补偿光源2和传感器3的操作中的上述非线性，另外，补偿相对保护窗口上的污物的存在，此外还补偿来自不同批次的夹持器带之间的色彩变化，直到对于该区域a中的反射辐射，获得按照上面的b点的相同初始参考值为止；

d.在不可能通过补偿，达到反射辐射的该初始参考值的情况下，向操作人员发送错误消息，以便清洁光源2和传感器3的保护片和/或检查光学检测器1的正确操作；

在夹持器带的区域b中获取的数据则用于：

e.评估与在上面的步骤c中在夹持器带的区域a确定的上述初始参考值的偏差，所述偏差(如果存在的话)被归因于磨损；

f.通过比较之前在所述区域b中获取的保存的光学简档的对应部分的历史序列，评估磨损状况的趋势；

g.比较就深度、大小和趋势而言的磨损程度和适当的阈值，以便向用户发送报警消息，或者降低织机速度，禁止织机重新启动或立即停止织机。

根据上面的说明，显然本发明如何完全实现了所提出的目标是清楚的。首先，事实上，通过实验确认了利用光学检测来监测夹持器带的磨损的预测有效性，提出反射辐射的光学检测，所述光学检测利用在以不同磨损度为特征的夹持器带的各个区域上发出的光辐射的不同频率，从而消除源于最初是在制造时产生的以及后来被认为是织造过程的结果的夹持器带的不同表面颜色的检测干扰。

随后识别光学检测器1的特殊位置，该特殊位置对于避免织机上的任何额外体积，和完美地保护光学传感器不受环境光和灰尘的影响特别有效。

最后，借助专门的软件模块，将本发明的监测装置完美地集成在织机的中央控制单元lcu中，以便利用该单元的资源来保存和处理收集的数据，另外还允许仅仅向操作人员显示报警消息或直接影响织机的运行。

然而应理解的是本发明不应被解释为局限于上述特定安排，上述特定安排仅仅构成本发明的例证实施例，几种变体是可能的，而且都在本领域的普通技术人员的能力范围内，而不因此脱离只由以下权利要求书限定的本发明的保护范围。