专利名称：探测纱线张力的方法与设备以及绕纱方法
技术领域：
本发明涉及探测纱线张力的方法与设备以及绕纱方法。
如所周知，在合成纤维纱的绕纱过程中，所希望的纱线张力值是随绕纱条件如纱线的厚度、纱线的喂给速度、纱线的种类等等而变化。
当绕纱的张力过高，就会产生所谓的凹凸现象，这时，完成的纱线卷装在其侧部会有凹凸的影响，当此卷装在容器中输运时，就可能被摩擦，这在随后的卷装处理过程中便不易平滑地取出纱线。此外也会产生所谓的沉凹形现象，即卷装在其周边的中央部分下陷，使得纱线质量在卷装的外周边的中央部分与端部之间不同，导致这些部分在以后阶段中有不同的染色。再有，过高的张力会促致卷装的内应力增加，有可能形成所谓的螺旋效应，因纱线张力的局部驰缓致部分纱线层位移到其余部分之上，损害了卷装的退绕性能。还有，作为卷装芯子的管筒会加大变形程度，造成完全的卷装(蒲管)难以从绕纱机的相应锭子轴上分离下。
与上述相反，过小的张力又会使纱线的运动不稳，使得构成纱线的单纤维易在用来导引纱线运动的导纱器上分离或成圈，降低了纱线的质量。另外，这会减小卷装的密度，促致卷装难以保持所需的外形，使得在进行绕纱或将卷装运送到下一个处理过程中会改变卷装的形状，导致卷装不能使用。另外，绕纱时纱线上的强制力的强度不充分，从而可以产生所谓的纱线位移现象，使卷装中间层的部分纱线移向卷装中央，造成这部分纱线不易退绕。
为防上述问题发生，通常采用过试验绕纱法，通过改变纱线卷绕速度而制成一批试验络筒以确定合适的卷绕速度，即为获取一完整卷装所需外形来确定合适的纱线张力。
但是，这样确定的纱线卷绕速度并不能长久地保持所需的绕纱条件。这是由于绕纱时的纱线张力会因绕纱条件中不可避免的种种变化，如室温改变、聚合物材料粘度的稍许变化、过程温度的改变以及任何导纱器件的磨损等，而会与所需的纱线张力不同。
鉴于以上所述，必须在绕纱过程中监控绕纱条件的任何变化，并需据监控结果进行过程控制，如修正绕纱系统的绕纱条件或纺丝条件和测定完成的卷装的质量等级。
目前，已知有两种用在绕纱过程中进行过程控制的方法。一种是以测量完成的卷装的外形与绕纱密度为基础。另一种则是根据绕纱中对纱线张力所作的连续或周期性测量。
测量纱线形状与绕纱密度的第一种方法的缺点在于，由于仅当卷装已完全形成后才有可能探测不符合所需的形状或绕纱密度，因而绕纱的不适是滞后的探测结果。第一种方法的缺点还在于，暂时性产生的缺陷被“隐藏”于完成的卷装中，即不能靠仅仅检查已完成的卷装的外观来发现。这样，包括有隐蔽缺陷的卷装就有可能用于以后的例如针织过程中。再有，可能迅速出现的异常增大的张力会不可避免地导致成品卷装完全损伤。
在以处于绕纱状态连续或周期性测定纱线张力为基础的第二种设想下已实施的一种方法中，是对纱线张力作连续监控并强制控制卷绕速度成预定的常值。
为了探测纱线张力，如图27所示，通常采用了具有相分开的固定导纱器61和62的所谓三点式张力测量装置、设在导纱器61和62之间的可动导纱器63以及用来探测运动(转向)的位移传感器(应变仪)。
在这种张力测量装置中，探测信号并不检测出纱线张力的绝对值。这样，校准所探测出的值便是绝对必需的。理想上，这一校准是相对于纱线在卷绕时的运动速度相应于例如大于3000m/min时的速度进行的。但从实用观点考虑，当纱线是在这样高的速度条件运动时，便难以进行校准。于是，纱线张力一般是在固定的纱线中并在对应于张力测量范围内加权进行测量的。然后在此测量值对应于该加权值下作出校准。
但颇为常见的情形是，当纱线运动时，于稳定态下提供精确测定值的张力探测装置却会给出不同的探测值。可以认为，测量值的这种差别来源于对此测量值具有不同影响程度的各种因素的细小差别所致，这类因素例如有因纱线的表面条件、形状、探测位置与厚度而导致摩擦系数的稍许不同。换言之，即使是采用同一工作原理的张力测量装置，由于精度的差别，所测的张力值也可以不同，这就是说，各测量装置之间没有可匹配性。此外，这种测量值还会受到因老化造成导纱器的磨损的影响。
考虑到以上所述，在现有技术的三点式张力探测器中，探测(显示)值之中的是缺乏可匹配性的。换句话说，在实际绕纱试验中测定的最佳张力值乃是一个对于具体测量系统为本征的值。也就是说，在各张力测量装置之间的最佳值不可免地存在差别。另一方面，从实用观点出发，在工厂中，为要在长时间内对整个工厂高精度地控别绕纱状态，不可避免地要使用一批张力测量装置。这样，考虑到这些装置间探测值的不同以及探测值因老化的变动，只当这类缺陷表现为很大的数值时才能对其作出精密的测定。于是就不能防止具有较小缺陷的卷装供应到后续工序中。
再者，在控制纱线张力的现有技术方法中，要是纱线的探测值相同，受到卷绕影响的纱线的实际张力值则有可能不同。这样，不论所探测的张力值是相同的事实，成品卷装也不能控制到相同的形状。
在另一种现有技术中，用到了周知的所谓FTS型接触型的张力探测装置，其中于纱线通道中设有可动式导纱器，使其运动能在纱线横动而接触到导纱器时被探测到，从而可由应变仪探测出用来表明纱线张力的导线器运动信号。
这种测量纱线张力的装置就图27中的三点式而论，其优越性在于导纱器上的阻力较小。但当纱线的线速度高于3000m/min时，由于同一纱线在质量上的改变会造成断丝或产生环圈。
此外，在三点式与FTS型两者之中都需定时调节。在这些相应的传感器中，可动导纱器的运动测量值乃是变换为张力值的一种值。这样，在调节分度时的纱线速度与测量时的纱线速度二者间的大差值便会使误差增加。而且，各个差值也很大。
鉴于以上所述，日本专利(公开)公布No.59-88654公开了一种方法，其中用超声波使纱线振动而由探测器探测这种振荡器状态的变化，据此来撑握纱线的张力。在这一方法中，测量了由纱线张力所确定的振动相对于谐振点的偏差。同时，通过求出谐振频率可以求得谐振点，这样即可测定纱线张力。
但是，上面这种用超声波致纱线波动偏差来探测纱线张力的方法的缺点在于，由于此种偏差与相应振幅之间不存在比例关系，大的偏差会减少振幅的变化，结果将难以测量纱线张力。还有，在测量振幅变化时，探测值随各种条件如超声探测器与纱线间的接触条件与超声探测器灵敏度的变化而改变，这就必须在各种探测点进行校准。
此外，在通过寻求谐振频率来探测谐振点的方法中，存在着一次、二次、…n次谐振频率，这就难以仅仅根据频率幅度来确定谐振级，导致不易测定张力。
本发明的第一目的在于提供用来测量纱线张力而不会产生断丝或起圈等缺陷的方法与设备。
本发明的第二目的在于提供用来测量纱线张力的方法与设备，它们能提高测量精度而不受绕纱条件如卷绕速度或纱线类型的影响。
本发明的第三目的在于提供用来测量纱线张力而不需定期调节的设备。
本发明的第四目的在于提供用来绕纱而能保持所需筒子卷装外形的方法。
根据本发明的一个方面，提供了用来探测与纱线张力有关系数的方法，它包括下述步骤使纱线依预定速度沿纱线通道移动；于纱线通道的第一位置处振动纱线以在纱线中产生横波；同时在此纱线通道中与上述第一位置相分开的第二位置处，作为纱线张力系数探测前述横波的表观传播速度。
根据本发明的另一个方面，提供了用来探测纱线张力的设备，此设备包括用来使纱线沿纱线通道移动的装置；用来在纱线通道第一位置处振动纱线以在其中产生横波的装置；用来在纱线通道与第一位置相分开的第二位置处探测此横波的表观传播速度的装置；
根据纱线的运动速度与此横波的表观传播速度来计算横波的实际传播速度的装置，以及据此横波的实际传播速度来计算纱线张力的装置。
根据本发明的结构，可以完成纱线张力的探测而不使纱线与导纱器接触，由此可防止断丝与起圈。
根据本发明的又一个方面，提供了绕纱方法，它包括以下步骤使纱线沿纱线通道运动并将其绕成卷装；于纱线通道第一位置处振动纱线以在其中产生横波；于纱线通道中和对应于纱线张力的第一位置相分开的第二位置处探测横波的传播速度，以及据所探测出的横波传播速度来控制绕纱。在这一控制中最好包括控制绕纱速度的步骤，使得纱线中横波的传播速度控制在40～70m/sec。
根据本发明的绕纱方法，在通过探测传播速度将张线卷绕成所需的卷装成品外形时未使纱线与导纱器接触，于是能在卷绕过程中减少摩擦，从而减少了在将纱线卷装控制成所需外形时所产生的误差。
再有，根据本发明的绕纱方法，能在长时间内稳定和精密地控制成品卷装至所需形状而不受陈化的影响。这样就能减少形成带缺陷卷装的几率，否则便会损害后继的工序如针织等。
图1是根据本发明第一实施形式的由横波的传播速度来测量纱线张力的系统的示意图。
图2是应用图1中的压电元件的振动施加单元的透视图。
图3示意地说明采用压缩空气注射的振动施加单元的一种改型。
图4概示应用电磁致动器的振动施加单元的另一种改型。
图5(a)与5(b)分别为说明由多谐振荡器提供的开/关信号和施加给振荡器的振荡信号的时间图。
图6(a)与6(b)分别是说明接收的信号的与开/关信号的时间图。
图7表明测量的张力与计算出的张力间的关系。
图8表明在具有纱线横动机构的绕纱系统中用来测量横波传播速度的系统。
图9概示图8中所用的纱线横动机构。
图10表明图8中所用纱线横动机构的改型。
图11是沿图10中XI-XI线截取的视图，同时表明用来探测横动导纱器的探测器的布局。
图12概示图8中用来探测横波的探测器的布局。
图13表明图8中用来探测横波的探测器的一种改型。
图14表明图8中用来探测横波的探测器的另一种改型。
图15与图8类似，但表明一种改进了的布局，其中用来探测振动的探测器与横动导纱器是分开的。
图16表明于横动导纱器处产生的纱线横波的传播。
图17与图16类似，表明探测到横动导纱器的横动方向换向时纱线横波的传播。
图18表明横波传播的一种变动方式。
图19(a)和19(b)所示的时间图分别说明图8第二实施形式中的振荡信号与接收信号，其中测量了由横动机构所产生的横波的传播速度。
图20与图7类似，但表明的是于图8第二实施形式中测出的张力与算得的张力间的关系。
图21与图8类似，但对用来探测纱线中横波的探测器布置作了改进，使此探测器在纱线横动的平面中设于纱线的一侧。
图22示明探测器在图21的系统中如何相对于纱线定位。
图23与图22类似，但表明了因横动导纱器有不同的横动位置致横波相对于探测器有不同的位置。
图24(a)、(b)与(c)分别表明图21的系统中，接收机所接收的信号、接收信号生成的时刻以及振荡信号生成的时刻等的变化。
图25与图1类似，但表明了用来测量横波传播速度的一种装置，其中将振动加到绕纱机的纱线中用来控制绕纱机中卷装的形状。
图26表明绕纱过程中卷绕速度与横波传播速度间的关系。
图27是三点式张力测量装置的示意性透视图。
下面说明最佳实施形式。
图1概示了本发明的测量纱线张力的系统的第一实施形式。此系统用来测量沿纱线通道运动的纱线100的张力，并构制成包括给纱线施加振动的振动施加单元1、测量纱线所产生之横波的表观传播速度的测量单元2、根据此测量的表观传播速度与测出的纱线速度来计算横波的实际传播速度的计算单元3、以及用来发出所需信号允许观察者观察所计算的张力值和允许控制器依所需方式工作的输入/输出接口4。
在上述情形中，横波传播速度是指纱线在横切其运动方向中位移的运动速度。
如图2所示，振动施加单元1在结构上包括固定连接于纱线处理机如络纱机机架(未示明)上的支座7、具有纱线用U形槽5a和与支座7固定连接的导纱器5、以及设在导纱器5和支座7之间用来将振动传递给纱线的压电元件6。导纱器5的布置使得为纱线处理机处理例如作绕纱处理的纱线合适地位于图1中的纱线通道100内。如图1所示，振动施加单元1还设有用来产生振动波信号的振荡电路8；与振荡电路8连接的门10，且能使来自振荡电路8的信号加到这个门10上；以及一多谐振荡器9，后者与门10连接而用来重复地给门10供给所需的开/关信号，作为时间t1延续性的高态信号和时间t2延续性的低态信号(图5a)，而得以按预定间隔给压电元件6施加振荡信号。
测量单元2在结构上包括横波探测单元11，它用来探测由振动施加单元施加的在纱线100中的横波；以及信号处理单元12，它根据横波探测单元11对振动施加单元1产生的横波的探测时间，产生一表明横波表观传播速度的信号。
信号处理单元12在结构上包括时差探测电路13，根据横波探测单元11的探测信号和多谐振荡器9的振荡信号来探测时差；以及用来计算横波的表观传播速度的计算处电路14。
计算单元3在结构上包括速度计算电路15，它根据前述表观传播速度和纱线速度的预定值来计算实际的横波传播速度，以及张力计算电路16，它根据纱线的厚度与实际的横波传播速度来计算纱线的张力。
横波探测单元11的构造与振动施加单元1类似，在结构上包括具有用来导引纱线的U形槽的导向器17、固定地连接着机架1(未示明)而使U形槽位于纱线通道中的支座19、以及用来使导纱器17和支座19连接让振动传递给导纱器17的压电元件18。横波探测单元11与振动施加单元1分开一预定距离L(单位m)。
如图1所示，在输入/输出接口4上连接着键盘19和来输入数据如纱线的厚度值和纱线速度等，还连接着显示用的阴极射线管(CRT)20和用来打印所需信息的打印机。
下面说明用来测量纱线张力的纱线张力测量系统的作业。
在纱线100运动或进行卷绕作业的条件下，给门10从振荡器8引入一振荡信号，其频率为30～40KHZ，同时引入一开/关信号，它重复地表现为持续时间为t1秒的低电平信号以及持续时间为t2秒的高电平信号，持续时间的范围为20～50×10-3sec。结果获得了如图5(b)所示为此开/关信号调制的振荡信号，也即在此已调制的信号之中，在持续t1秒的低态条件之后，继续一持续时间为t2的振荡信号。
如图5(a)所示的来自多谐振荡器9的开/关信号也供给于测量单元2的时差探测电路13。
压电元件6通过门10的振荡信号起动，促致导纱器5按周期t1+t2振动。结果，纱线100也按相同周期振动。
受到振动施加单元1振动的纱线100来到横波探测单元11的位置，同时纱线100与导纱器17接触，压电元件18开始工作，即压电元件18收到前述开/关信号。如图6(a)所示的接收到的开/关信号引入时差探测电路13，在此如图6(b)所示，相对于来自多谐振荡器9的振荡信号计算了所接收的开/关信号的时差t3(秒)与t4(秒)，并把它们输送给计算电路14。
时差t3与t4间的关系为t3＜t4。此外，时差t3乃是所接收的开/关信号的前沿与振荡信号的前沿间的时差，对应于纵波在纱线中的传播时间。时差t4则是所接收的开/关信号的后沿与振荡信号后沿的时差，对应于作为纱线张力函数的横波的传播时间。这样，供给计算电路的测量值便是时差t4。
然后，在计算电路14中，应用横波传播速度t4以及振动施加单元1和横波探测单元11间的距离L(单元m)，借助方程
Vo＝L/t4 (1)就可求出横波表观传播速度Vo(m/sec)。
算出的横波表观传播速度Vo(m/sec)输入单元3中。在速度计算电路15中，应用横波表观传播速度Vo与纱线运行速度Va，就能如下地算出实际传播速度V。具体地说，当横波探测单元10沿纱线运动方向位于振动施加单元1的上游时，此实际横波传播速度V可由下式计算V＝L/t4+Va(2)相反，当横波探测单元10沿纱线运动方向位于振动施加单元1的下游时，实际横波传播速度V便能据下式计算V＝L/t4-Va(3)在以上各方程中，纱线运行速度指纱线卷绕速度或纱线在其引出位置的速度。此外，采用卷绕速度，当由下述方程Va＝Vw×(1/cosθ) (4)来计算纱线速度Va而考虑到纱线横动中纱线卷绕角度的影响时，会提高精度，式(4)中的Vw即卷绕速度。算得的纱线速度Va的值由键盘19输入电路15中。或可将一传感器连接到络纱机上，获得的表明绕纱速度的信号输入电路15之中。
于电路15算出的实际横波传播速度V则送入纱线张力计算电路16中，在此根据速度V与单位长度的纱线重量[线密度ρ(kg/m)]，由下述方程计算出纱线张力G(kgf)。
T＝ρ×V2/9.807 (5)当于上、下游两处都设有横波探测单元时，纱线速度Va可由下式算出Va＝(L/t4-L/t4’)/2 (6)式中t4与t4’分别是在上游与下流侧算出的时差。在这一改进形式中，操作者不必为上述实施形式中操作键盘输入纱线速度Va的数据。
显然能够作出这样的改进，使得上述单元14、15与16中的计算能由一集总的计算单元完成。
此外，单元14、15与16的功能可由计算机中的软件提供。
图3示明振动施加单元1的改型，它包括具有可让纱线100于其中运动的纱线通道22a的喷嘴体22、于侧向上和纱线通道22a相通向使压缩空气能从喷嘴孔22b注入其内的纱线通道22a、与喷嘴孔相连的接头23、与接头23相连的管线25、以及双位双口的电磁阀24。来自多谐振荡器9的振荡信号在门10打开的状态下递给电磁阀24使后者受到振动操作，让压缩空气由它的源沿横向从喷嘴孔22b注入，导致纱线100发生振动而在纱线100中产生横波。与第一实施形式相类似，由于未示明图3中但具有与图1中标号11所示单元有相似结构的横波探测单元，探测来自振动施加单元1传送出的横波以及对由于将振动施加给纱线而产生的横波进行探测时的时差，这一时差即用来计算纱线张力。
图4表明了振动施加单元1的另一种改型，它包括机壳26、装在机壳26内的钢芯27以及与为多谐振荡器9操作的门10相连接的电磁感应线圈28。线圈28有一端与纱线接触。这样，在为多谐振荡器9所控制的门10在打开状态下时，来自振荡器7的振荡信号便施加到电磁感应线圈28上，促致钢芯27振动，使得与钢芯27接触的纱线100振动。依类似的方式，横波探测单元探测振动施加单元1使送来的横波以及由于有振动施加给纱线而导致的横波探测的时差，此时差则用来计算纱线张力。
试验结果1下面说明应用本发明的装置探测纱线张力的测验结果。试验是在下述条件下通过将纱线卷绕到络纱机中的筒管上而完成的。
纱线粗为75旦尼尔，具有36单丝的聚酯多丝纱；纱线在导丝辊上的输出速度4800m/min；振荡器8产生的振荡信号频率30KHZ；来自多谐振荡器9的开/关信号的持续时间0.02sec；振动施加单元1与横波探测单元11间的距离L0.1m；以及纱线重量(线密度ρ)0.008kg/m。
振荡信号与开/关信号的值是由振动施加装置适当地测定。
在上述条件下，纱线的卷绕速度是变动的，而于每个变动的速度值下，计算出的横波在传播中的时差则示明于下表1中，表1中还示明由ONLINE公司生产的常规接触式张力探测装置所测出的纱线张力值。
表I
图7示明了测量出的张力与计算出的张力之间的关系。由图7可知，此关系表现为通过坐标原点(0，0)正函数图象。尽管在这种张力值之间存在差别，但这并不重要，这是由于，取决于制造商和相应装置类型，纱线在运动中的摩擦系数不同，而这常常造成张力值不同。换言之，为了测量纱线张力，可以用本发明的装置来代替常规的接触型张力测量装置。此外，本发明的优越之处还在于，由于不存在导致测量精度减少的摩擦而可以作出精密的测量。
现在参照图8来说明本发明的第二实施形式，这是针对在某种系统如制造合成纤维的熔纺系统中，在络纱机上形成纱线卷装时来测量纱线张力的。具体地说，这一实施形式的纱线张力测量设备包括有由纱线卷绕机的纱线横动装置构成的振动施加单元。图8中，此络纱机包括横动装置30，后者依周知方式位于上面可分离地安装着用来卷绕纱线的管筒的锭子(未示明)之上，还包括用来使出自喷丝板(未示明)的纱线作横动的支架导纱器35。如图9所示，横动装置30包括马达31、与马达30连接而得以转动的涡形凸轮滚柱32以及能沿滚柱32的轴线作往复运动的横动导纱器33。纱线100在此横动导纱器上进行宽度对应于纱线卷装宽度的横动。
与第一实施形式类似，在纱线张力探测设备中于时差探测电路13上连接有用作横波探测单元的光电变换器36，以探测横动装置30所施加的横波；有电路14，它根据电路13探测的时差来计算表观的横波传播速度；以及有根据表观的横波传播速度和纱线卷绕速度来计算纱线张力的计算单元3。类似于第一实施形式，外围设备如CRT和打印机等通过适当接口电路与计算单元3连接。
简单地说，这一实施形式中的横动导纱器33和探测装置34对应于第一实施形式中的振动施加单元1。这样，以上两部件33和34的间距便等于距离L(单位m)。
作为此探测装置34，可以采用静态电容型传感器或光电变换型传感器。
取代由探测装置34控制横动导纱器33的位置，也可采用图9所示的结构，即沿着马达31转轴31-1的周围这样地设置着一批其个数与横动导纱器33相等且相分开的探测件37，使得这些探测件37在横动装置30作完整的一周往复运动中相对于相应的横动导纱器33而处于同一相位上。此外，面向探测件37旋转运动的轨道设有光电传感器34。这样的布置有助于减少生产费用。
在上述实施形式中，应用光电型的探测装置34与36来探测纱线张力时，消除了采用任何与纱线接触的导纱器。这种结构有利于防止损伤纱线，而这样的损伤在现有技术(图27)中会因导纱器与纱线接触而产生。
图10与11示明了横动装置30的一种改型，这类装置本身属周知的，包括一批转动的叶片单元38、有驱动轴39-1的驱动马达39、装定于轴39-1上的皮带轮40以及皮带41。各叶片单元38有具备三块叶片38a-1的第一转动体组件和有具备两块叶片38b-1的第二转动体组件，还有驱动马达39。单元38包括转动轴38-1，后者促使此第一和第二转动体组件38a和38b朝相反方向转动。这样，在轴38-1转动时，结合有纱线的叶片38a-1便影响此纱线按一个方向横动，同时叶片38b-1则影响此纱线依反向横动。如图10所示，在转动轴38-1上连接着皮带轮38-2，后者为与马达39的驱动轴39-1上的皮带轮40相结合的皮带41所围住。
皮带轮40沿着其周围在对应各横动单元38a往复运动中所需相位的各个位置上设置有探测件42。在探测件42的轨道位置上设置了探测器43用来探测给纱线施加振动的时间。参看图11、图12示明了作为横波探测单元的光传感器36的详细结构。具体地说，传感器36包括带有透镜48的光发射器44、带有透镜49的光接收器45、与光接收器45连接的电放大器60、以及一机壳47。更详细地说，光发射器44与光接收器45是与机壳47连接成能相对于纱线通道100a按所需角度配置。传感器36属反射型，使由发射器44发射的光在由纱线通道100a中的纱线100反射后为接收器46所接收，使得在信号处理单元12中产生的电信号于放大器46放大后，产生一用于表明纱线中横波表观传播速度的信号。
图13表明此光电传感器36的一种改型结构，它包括光发射器50、光接收器51、电放大器52与机壳53。机壳53上形成有U形横剖面的纱线通道53a。更详细地说，光发射器50与光接收器51连接到机壳53上成为通过此纱线通道而相互相对的形式。传感器36的这种改型是传光型，其中来自发射器50的光通过纱线通道53a中运动的纱线，为光接收器51接收。
在第二实施形式的作业中，是把横动作业作为整体应用以给纱线施加一横波的，图8中的探测装置34在从右端点C′到左端点B′的前向行程运动中探测横动导纱器33，产生一信号给纱线100指明横波产生的时刻。探测器34构造成当导纱器33从左端点B′到右端点C′的后向行程中不会由导纱器33发出信号。
此外在图14中，直线YA指纱线在包括传感器36的水平面内横动下的轨迹。具体地说，在图8中，横动导纱器在位置C′与位置B′之间的横动导致产生一向上传播的横波，而在探测装置或传感器36，则促使纱线在位置C与位置B之间横动，如图14所示。当纱线位于包括此纱线在C和A之间的轨迹部分的轨迹YA上的探测区X之内时，传感器36便可探测出此纱线。同时，此传感器36还构造成，使得当纱线处于探测区X中时，光发射器48能照明探测区X而光接收器49所接收从纱线反射的光。
图16表明当横动导纱器33依箭头a示向运动时纱线100中所产生的横波的传播。图17表明横动导纱器33依箭头b所示的反向运动时的横波的传播。图18则表明此横波在纱线中的不同传播方式，而此时的横动导纱器则依箭头b的示向运动。
图19(a)示明面对横动导纱器33的传感器34发出的振荡信号。具体地说，此振荡信号是在横动导纱器33于图8中左侧方向(从点C′到点B′)中运动时位于点A′处时发生的。与此相反，当横动导纱器33是在图8中右侧方向(从点B′到C′)运动时，于点A′处不产生此振荡信号。
图19(b)表明传感器36所探测到的横波探测信号。如图16所示，当横动导纱器沿右侧方向运动时，传感器36探测到位置A处的纱线，即发出一高电平信号。传感器36的这一高态条件保持于纱线运动换向的点C处。当纱线沿左侧方向运动时，如图16所示，此纱线的运动相对于导纱器33的运动延时。这样，相对于横动导纱器33到达位置A′的时刻，纱线到达传感器36所在平面内的纱线转迹中的位置A处时即延迟。于是，在导纱器33到达点A′的时刻和纱线(横波)到达点A的时刻之间便存在时差t5。换言之，时差t5可视作为把横动导纱器33处产生的横波由此传送到一段距离L处所需的时间。这样，与第一实施例中的方式类似，计算单元3计算出纱线张力而输出给CRT与打印装置。
代替着将探测装置34设于横动装置的横动导纱器33的横动轨道之中来探测如图8所示导纱器33的相位，可在距作为横波探测器传感器36处一距离L处，于横动导纱器33的横动轨迹直上方设置一作为振动信号发生器的传感器54，如图15所示。根据传感器54与36的信号，依相似的方式计算了横波表观传播速度。这一改型的优点在于，可以在结构上不加改变的采用现存的横动装置。
试验结果2与第一实施形式中的第一试验类似，相对于图8中的第二实施形式，将纱线卷绕到络纱机的管筒上，在下述条件下进行了另一试验纱线粗为75旦尼尔，具有36单丝的聚酯多丝纱；在输出纱线的导丝辊上的纱线输出速度4800m/min；以及探测装置34与36间的距离(L)0.39m在上述条件下，纱线的卷绕速度改变，而在每一个改变的速度值下，横波传播的时差以及计算出的张力值则示明于下述表中，此表中同时给出了由ONLINE公司生产的常规接触型张力探测装置测得的纱线张力值。
表II
图20表明第二实施形式中测量出的张力与算出的张力之间的关系。由图20和上述表II以及与依据第一实施形式的表I与图7的比较结果可知，通过第二实施形式获得了相类似的结果。于是可以推断出，取代第一实施形式中用来测定纱线张力的接触型系统，可以用第二实施形式中的装置而获得相似的结果。
图21示明了用来测量纱线张力的系统的第三实施形式，其中，与第二实施形式类似，此系统在结构上包括用作振动施加装置的在络纱机中的横动导纱器33，用来探测此导纱器在横动行程中到达前端C′的探测器34；位于横动导纱器33和作为横波探测器的横动式支架导纱器35之间的光电反射型传感器或探测器36；根据探测器34与36发出的信号，在将振动施加给纱线100时和探测横波时之间来计算时差的时差计算电路13，根据此时差计算表现横波传播速度的电路14；以及根据上述表观传播速度的和纱线速度来计算实际横波传播速度与根据实际纱线传播速度来计算纱线张力的计算电路3。此外，与第一实施形式类似，设有与CRT和打印装置连接的接口电路。
反射型光电探测器36布置成，使得在由沿轨迹C′-B′运动的横动导纱器33和支架导纱器35之间的横动纱线所确定的平面内，光能从纱线100外的位置来照明此纱线。换言之，是在一与纱线横动的平面内实现光的照明的。如图所示，反射型探测器36是由光发射器36a和光接收器36b构成的。此外，与第一实施形式类似，探测器36设有放大与比较电路。
在绕纱过程中，横动导纱器33一般是以匀速运动。但在此横动的端点B′的周围区域内，横动导纱器33会快速地减速，直至此导纱器到达端点B′，而在端点B′作反向运动后，导纱器33便加速到匀速。由于导纱器33这种快速反向运动，在导纱点33中产生的横波在朝支架导纱器35传播时，使得于导纱器33处形成的具有减小了的曲率半径纱线的弯曲部分D，在由前向行程运动B′-C′反向到后向行程运动C′-B′时，向上朝支架导纱器35运动。
探测器36的光发射器36a与光接收器36b布置成，当来自光发射器36a如图22照明弯曲部分D和横动导纱器之间的纱线下部时，为纱线所反射并为光接收器所接收的光量，由于光接收器36b是位于光反射器36a的反射光路之外而减少。
在上述布置形式下，弯曲部分D与传感器36之间的距离δ可在从发射器36a到接收器36b的探测光路的区域E中变化。但是，为接收器36b所接收的光级在通过弯曲部分D后将比其在通过弯曲部分D之前为接收器36b所接收的减小。这样，通过探测光级的这种减小，就能知道通过纱线的弯曲部分D的时刻。
在图24(a)中，上部的曲线表示的是当弯曲部分D与传感器36间的距离δ＝6mm时，接收器36b所接收的光级随时间变化的情形，下部的曲线表示的是此距离δ＝10mm时光级的类似变化。在这两条曲线中，如图24(b)所示，在由此传感器(探测器)发出一探测信号(横波探测信号)的同一时刻t，于以上两曲线中出现了所探测光级的锐降。在产生此横波探测信号之前，面对横动导纱器的探测器34(图21)发出如图24(c)所示的振荡信号。与第二实施形式类似，根据所产生的振荡信号与探测信号计算了时差t5，并由下式计算了横波传播速度Vo(m/sec)Vo＝L/t5(7)根据上述结构，即使反射型的光电传感器36和纱线通道间的距离变动，也可以精确地求得横波表观传播速度Vo的值，这是此种结构优于探测光沿横向发射到纱线通道运动平面的第一与第二实施形式之处。此外，在图10所示的纱线横动装置的情形。即纱线是在受有横切横动方向延伸的导纱片的旋转叶片38a与38b导向作用的情形下，这时由于张力的波动，就会发生为反射型光电探测器36所测量的纱线通道于横切横动方向的方向中移动的问题。但是，即使是在这种情形下，通过设置一批探测器36a或36b或这两者，就能相对于横动方向沿侧向拓宽探测区，这就得以由可靠的方式探测纱线的弯曲部分D。
现来描述本发明的第四实施形式，它是根据与纱线张力有关的横波传播速度的信息来提供获得所需外形的卷装的绕纱方法。也就是说，正如可从以后所述认识到的，作为纱线张力表征的横波传播速度密切地关系到成品卷装的条件。换言之，保持所需份额的横波传播速度就可实现希望的绕纱条件，即取得有理想外形的成品卷装。
在此第四实施形式中，是用基本上与参考图8至12所述相同的络纱机来进行绕纱的。再行参看图8，来自喷丝板(未示明)的纱线经横动支架导纱器35引向横动导纱器33，纱线在此作横动而卷绕到锭子(未示明)的管筒(未示明)上，而于此管筒上形成卷装。此横动导纱器起到振动施加单元的作用而产生振荡信号。横动装置30的结构与参看图9或10所说明的第二实施形式中的相同。传感器34布置成面对横动导纱器33，产生振荡信号。离传感器34的距离为L的光电传感器36探测横动中的纱线即纱线中产生的横波。
在此实施形式中，也可以采用对照图13或14所说明的传感器36的一种改动的布置形式。类似地，这一实施形式中也可使用参照图15所述的传感器54的一种改进布局。最后，此实施形式同样能用第三实施形式中据图21至25说明的传感器36的布置。
处理电路与图8的第二实施例中的类似。具体地说，其中的时差探测电路相当于图8中的单元13，探测(计算)由传感器34或54(图15)产生振荡信号的时刻与由传感器探知的横波到达时刻的时差t5。其中的横波传播速度探测电路相当于图8中的单元14，由V＝L/t5可算出横波的传播速度V。
下面就此第四实施形式说明成品卷装的卷绕条件相对于绕纱条件变动时的试验结果。试验是用不同类型的纱线进行的，包括厚120d与36单丝的POY聚酯纱，厚240d与48单丝的POX聚酯纱；厚75d-36单丝的FDY聚酯纱，这是从熔纺型直接热拉成的厚75d与36单丝的HOY聚酯纱，这是在速度高于6000m/min时直接卷绕成的；以及厚1500d的尼龙工业型纱。试验中根据前述的由横动导纱器产生振荡信号的时刻和接收到此横波的时刻两者的时差，测定了纱线的张力。还评价了成品包装的卷绕条件。下表III列述了试验结果。
表III
表中，○良好，△较好，×差从表III中可知，在上述试验中，当卷绕速度为3300～6000m/min而纱线厚度(粗细)为75～240d时，可以推断出为了获得所需外形的成品卷装，横波的传播速度(T.W.P.V.)应为40～70m/s，更好是45～65m/s，而最好是50～60m/s。具体地说，当横波传播速度大于70m/s，就易产生如沉凹现象或螺旋之类类缺陷，反之，当横波传播速度低于40m/s，就易产生凸胀一类缺陷，这易导致卷绕起的部分(螺旋部分)位移而损害卷装的外形。这样，本发明人得出了这样的结论代替现有技术中通过测量纱线张力来控制绕纱，在纺纱工厂中可以把横波传播速度用作控制绕纱条件的手段。
根据这一实验结果，本发明人发现了下述相对于卷绕速度v的所需横波传播速度V(m/s)的试验式4.3×v0.763-v＜V＜5.1×v0.765-v (8)最好将卷绕速度v控制成可获得由下式确定的横波传播速度VV＝4.7×v0.765-v (9)根据以上所述，横波传播速度V应保持为35～75m/s。
图25示明的第五实施形式涉及到，依据卷绕过程中与纱线张力相关的因素即纱线中产生的横波的传播速度，来按要求控制纱线卷装的外形。替代如第四实施例中探测络纱机或熔纺机中由既存的横动导纱件33所产生的横波，第五实施形式的特点是，独立地设置了具有如第一实施形式参考图2与3所示的类似结构的振动施加单元1。于是可不必对单元1作详细说明而省除重复性的描述。此振动施加单元1可设在纱线通道100的所需位置上。
类似于对照第一实施形式所说明的，由振荡器8将频率为30～40KHz的振荡信号施加到为多谐振荡器9的高电平信号所打开的门10，此高电平信号发出一段时间t2，继以一段持续时间t1，如图5(a)所示，它们光持续一段时间20～50m/sec。这样，与第一实施形式类似，与门10相连接的压电元件6便为来自由多谐振荡器的开/关信号所调节的振荡器8的振荡信号所起动。结果有振动施加给纱线100而在纱线中产生横波。
在距振动施加单元1距离L处设有横波探测单元11，其结构与第一实施形式中的相似。具体地说，类似于第一实施形式，此探测单元可取例如压电元件的结构或是参照图12～14所述的结构。此外，也可采用如对照图21～23所描述的布置形式。这样，探测器11便接收如图6(a)所示的传播来的横波。此横波探测器11连接的测量电路2具有与第一实施形式所示的相同结构，即包括有时差探测电路13和横波表观传播速度计算电路14。在此时差探测电路13上，与第一实施形式类似，计算施加振动开始和横波接收开始二者间的时差(纵波传播时间)t3，同时计算振荡信号去激励的时刻与完成横波接收的时刻二者间的时差，如参考第一实施形式中的图5(a)～5(b)与6(a)与6(b)所述。电路14则根据时差t4与距离L来计算横波表观传播速度(L/t4)。
在这一实施形式中，不需图1中用来计算纱线张力的电路3。例如有电路13直接连接与键盘19、CRT 20和打印装置相连的输出接口4。
对于图25中的结构，是在下述条件下进行横波传播速度的测量。
多谐振荡器的振荡信号频率30Khz；多谐振荡器的开/关信号持续时间0.020sec；振动施加单元1与横波探测器的间距0.1m。
试验结果与第四实施例中取得的类似。这样，与现有技术中监控绕纱的方法不同，显然提高了测量装置之间的可匹配性。
上述实施形式中是在纱线向下运动时对横波测量的。但也可在纱线向上运动中作这种测量，这时的横波向上运动速度可按照横波向下运动速度减去两倍纱线运动速度计算出。
在此实施形式中，在卷绕75d厚度和单丝数为36的聚酯FDY纱时，卷绕速度与横波传播速度间的关系如图26所示。由图26易知，提高绕纱速度会加大横波传播速度。利用这一关系可合适地控制卷绕速度而将横波传播速度调节至最佳值。相反，也可根据横波传播速度来自动控制卷绕速度。
权利要求
1.探测与纱线张力有关的系数的方法，此方法包括下述步骤使纱线依预定速度沿纱线通道运动；在纱线通道中的第一位置给纱线施加振动使于纱线中产生横波；以及在纱线通道中的与上述第一位置分开的第二位置探测作为纱线张力系数的横波表观传播速度。
2.权利要求1所述方法，其中所述探测步骤包括下述步骤探测将振动施加到第一位置的时刻；探测横波到达第二位置的时刻；以及计算振动施加到第一位置的时刻和横波对应于传播速度到达第二位置的时刻两者间的时差。
3.探测纱线张力的设备，此设备包括使纱线沿纱线通道运动的装置；在纱线通道中的第一位置给纱线施加振动使于纱线中产生横波的装置；在纱线通道中的与上述第一位置分开的第二位置探测横波表观传播速度的装置；根据纱线运动速度和上述横波表观传播速度来计算此横波实际传播速度的装置；以及据上述的横波实际传播速度来计算纱线张力的装置。
4.权利要求3所述设备，其中所述振动施加装置包括用来导引纱线的导纱器和用来使此导纱器振动而把振动加到纱线上的压电元件。
5.权利要求3所述设备，其中所述振动施加装置包括用来喷射气流的喷嘴和用来将压缩流体振动地引入此喷嘴内以给纱线施加振动的装置。
6.权利要求3所述设备。其中所述振动施加装置包括与纱线接触的杆以及用来使此杆振动而得以给纱线施加振动的电磁装置。
7.绕纱设备，此设备包括在纱线依预定速度沿纱线通道运动时进行绕纱的装置；在上述绕纱装置上游位置处沿纱线通道给纱线施加横动的装置；探测由上述横动施加装置施加了横动的纱线的第一位置的第一探测装置；探测由此横动产生并传送到与上述第一位置相分开的第二位置处的横波的第二探测装置；根据上述第一探测装置探测出横动产生至第二探测装置探测到横波的接收的时间来计算横波的表观传播速度的装置；根据所述纱线速度与横波的表观传播速度来计算横波实际传播速度的装置；以及由上述的横波实际传播速度来计算纱线张力的装置。
8.权利要求7所述绕纱设备，其中所述第一探测装置探测所述横动施加装置的横动位置。
9.权利要求7所述绕纱设备，其中所述第一探测装置是在待卷绕的纱线运动的上游方向与横动施加装置相分离的第一位置探测纱线。
10.权利要求7所述绕纱设备，其中所述第二探测装置包括反射型的光电变换器，后者具有用来发射光的光发射器和用来接收由纱线反射的光的光接收器，此光发射器是从平行于纱线横动平面的平面内从纱线以外的位置发射光。
11.绕纱方法，此方法包括下述步骤使纱线沿纱线通道运动并将纱线卷绕成卷装；于纱线通道中的第一位置给纱线施加振动以在纱线中产生横波；在与第一位置分开的纱线通道中的第二位置处探测作为纱线张力系数的横波表观传播速度；以及根据所探测的横波表观传播速度来控制纱线的卷绕。
12.权利要求11的方法，其中所述控制包括控制卷绕速度使得纱线中的在与纱线运动方向相反的方向上的横波表观传播速度值控制为40～70m/s的步骤。
全文摘要
用来测量纱线张力且能防止断丝或起圈并不需调节和能保持所需精度的设备。此设备在结构上包括用来给运动中的纱线施加振动的单元1、用来测量此纱线的横波表观传播速度的单元2、以及用来根据纱线速度和计算出的纱线横波表观传播速度来计算实际横波传播速度的单元3。还公开了根据横波传播速度来控制纱线卷绕的控制方法。
文档编号G01L5/04GK1201010SQ9810542
公开日1998年12月9日 申请日期1998年3月3日 优先权日1997年3月3日
发明者岩出桌, 今江正澄 申请人:东丽工程株式会社