一种纱管智能检测与评价方法与流程

本发明属于纺织装置检测技术领域，尤其是涉及一种纱管智能检测与评价方法。

背景技术

当前随着细纱锭速的提高，集体落纱、全自动络筒和细络联等新技术与新工艺的应用，增加了纱管的磨损和表面质量缺陷等。磨损后的劣质纱管投入使用后就会出现摇头和跳管等问题，致使细纱机断头率提高、管纱成形不良和退绕困难，产生大量疵纱。纱管摇头跳管还会带动锭子产生共振，加速锭尖和轴承的磨损，增加功耗缩短锭子的使用寿命。因此，劣质纱管的使用严重影响纺织企业的产品质量和经济效益。

专利cn106381583a公布的一种纱管智能检测装置，该装置包括包括多工位转盘驱动机构、自动落管机构、压管机构、锭子驱动与振程检测机构、纱管预松与颜色检测机构、拔管机构和分类机构，多工位转盘驱动机构安装在基座中部，基座分为a、b、c、d四个工位，自动落管机构位于基座a工位，压管机构安于基座的a工位和b工位间，锭子驱动与振程检测机构安装于基座的b工位，纱管预松与颜色检测机构安装于基座c工位，拔管机构安装于基座d工位，分类机构位于基座d工位且与拔管机构连接。

上述专利只是公开了一种纱管智能化检测、分类和管理的装置，而如何对不同磨损类型的纱管进行振幅检测实验，得出检测数据并提出相应的振幅检测评价标准是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种纱管智能检测与评价方法，包括以下步骤：

步骤(1)纱管振幅数据采样，利用激光位移传感器采集激光束照射到纱管上的点沿激光束方向的位移，所述沿激光束方向设定为y轴方向，所述位移即为振幅；所述纱管匀速转动，当纱管随锭子转过一定间隔角度δθ后，激光位移传感器采集纱管上点沿激光束(y轴)方向的振幅；

步骤(2)选择不同磨损类型的纱管及与纱管相配套的锭子按照步骤(1)进行振幅检测；并列出各组纱管的振幅数据。

步骤(3)纱管振幅的数据处理，选取不同磨损类型纱管的振幅最大值和振幅最小值，计算出各个条件下纱管振幅均值，纱管振幅偏移率和积分变化率，选取最适合振幅阈值及不同磨损类型纱管与纱管振幅之间的关系，

所述振幅均值反应了数据的集中趋势，其表达式为：

式中：n为采样数据点总数；xi为第i个采样点；

所述纱管振幅偏移率是指在做纱管振幅检测实验时超出给定标准振幅部分检测个数占总体检测点个数的比例，利用纱管振幅偏移率来评价纱管，其表达式为：

式中：α为设定的纱管振幅阈值，mm；

上述dr表示超过纱管振幅阈值点个数的比例，还可利用积分变化率idr(％)来评价纱管振幅超过阈值的程度，该参数反应了所检测的纱管振幅超过阈值的程度，且该值随着阈值的增大而减小。其计算公式如下：

所述振幅阈值设定为0.3mm、0.4mm和0.5mm。

所述不同磨损类型纱管包括纱管质心不存在偏心且上部完全接触下底口也接触良好；纱管质心不存在偏心且上部损坏下底口接触良好；纱管质心不存在偏心且上部接触良好下底口损坏；纱管质心不存在偏心且上部和下底口都损坏；纱管质心存在偏心且上部完全接触下底口也接触良好。

由于采用上述技术方案，本发明针对纱管振幅检测问题，基于激光位移传感器检测原理，建立了纱管振幅检测系统模型，提出了纱管振幅数据评价算法；不考虑锭子本身振幅的情况下，利用纱管振幅检测实验平台对不同磨损类型的纱管进行振幅检测实验，得出检测数据并进行分析，最终提出相应的振幅检测评价标准，可精确的对纱管磨损位置和磨损程度进行客观评价。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本发明直射式激光位移传感器原理图

图2是本发明激光三角法测量模型图。

图3是本发明纱管振幅检测时的数据采样示意图。

图4是本发明某纱管振幅的dr分布示意图

图5是本发明纱管振幅检测系统工作简图

图6是本发明系统标定的线性拟合直线图

图7是本发明上部完全接触下底口也接触良好时纱管振幅曲线

图8是本发明上部损坏下底口接触良好时纱管振幅曲线

图9是本发明上部接触良好下底口损坏时纱管振幅曲线

图10是本发明上部和下底口都损坏时纱管振幅曲线

图11是本发明上部完全接触下底口也接触良好的偏心纱管振幅曲线

图中：

1、激光位移传感器2、激光束3、采样点

4、纱管

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

如图1至图11所示，

本发明的纱管振幅检测实验中，考虑纱管表面特性选用直射式激光测量原理对纱管上部振幅进行检测，

激光位移传感器的工作原理为通过传感器内的激光发射器向被测物体的待测面发射一束激光束，由于散射或反射现象激光束照射到被测物体表面后返回到传感器内部的cmos影像上，通过位移传感器的内部算法从而计算出被测物体表面到传感器的距离，并将位移显示在传感器的led显示屏上，同时还输出相应位移的电压值并传送给数据采集卡，图2中：α为激光器射入光线和检测基准面之间的夹角，度；β为透镜透射后光线和cmos影像面的夹角，度；a为被测量点和接收透镜之间距离，mm；b为被测点在cmos影像上返回的点与接收透镜之间距离，mm；a0、b0为分别为偏移h后的被测点以及在cmos影像上返回的点与接收透镜之间距离，mm。根据几何关系可得出式(1)振幅测量的基本模型：

即：

上式中：y为测量物体的振动位移，mm；x为像点在ccd上的位移，mm。

若纱管振幅处于理想点上方时，式(2)中取正号；若纱管振幅处于理想点下方时，式(2)中取负号。

振幅数据采样方式：数据采集主要是利用激光位移传感器采集激光束照射到纱管上的点沿y轴方向(假设沿激光束方向为y轴方向)的位移(振幅)，且纱管匀速转动，当纱管随锭子转过一定间隔角度δθ后，激光位移传感器采集纱管上点沿y轴方向的振幅，纱管采样间隔角度计算公式为：

δθ＝ωδt(3)

式中：ω为纱管转动角速度，rad/s；δt为采样时间，ms。

ω＝πn/30(4)

式中：n为纱管转速，r/min。

由式(3)和(4)得：

纱管转一圈时采样点数k1为：

由式(3)、(4)和(5)可得：

假设采样起始点为0度时，p圈采样后采样点与起始点重合称为一个采样周期，可得：

2pπ＝kδθk＝1,2,…,n(8)

式中：k为一个周期内采样的点数。

即：

表1给出传感器不同采样时间的采样参数。

表1传感器采样参数

由表1可知：当选取传感器采样时间为0.5ms时，采样间隔角度为54°，3圈为一个采样周期，一个周期内可采集20个点。当选取传感器反应时间为1.5ms时，采样间隔角度为162°，9圈为一个采样周期，一个周期内可采集20个点。当选取传感器采样时间为5ms时，采样间隔角度为540°，3圈为一个采样周期，一个周期内可采集2个点。

在数据采样时，由nyquis定理可知传感器采样频率必须大于或等于被测纱管频率的2倍才能保证采样点不失真，由于锭子转速为18000r/min，其相应频率为300hz，因此传感器采样频率必须大于600hz，根据传感器的基本参数可知，此时能选取的传感器采样时间为0.5ms和1.5ms。

数据采样时，在数据采样软件datalogger上设置采样频率为600hz，此时

数据采集软件能采集的数据点数为6000个，为了保证数据的稳定性选择中间的600个数据作为样本点进行绘图。

纱管振幅数据处理算法：

(1)纱管振幅均值：纱管振幅均值反应了振幅数据的集中趋势，其表达式为：

式中：n为采样数据点总数；xi为第i个采样点。

(2)纱管振幅偏移率和积分变化率：纱管振幅偏移率是指在做纱管振幅检测实验时超出给定标准振幅部分检测个数占总体检测点个数的比例，利用纱管振幅偏移率来评价纱管，其表达式为：

式中：α为设定的纱管振幅阈值，mm。

上述dr仅表示超过纱管振幅阈值点个数的比例,还可利用积分变化率(idr(％))来评价纱管振幅超过阈值的程度，该参数反应了所检测的纱管振幅超过阈值的程度，且该值随着阈值的增大而减小。其计算公式如下：

系统组成及实验条件：纱管振幅检测系统的检测过程主要是通过激光位移传感器检测高速旋转纱管的上部垂直于激光束方向的摆头位移，并在传感器上显示位移大小，同时将相应的电压信号传递给数据采集卡，最后将采集到的电压信号显示在计算机上。实验系统包括纱管、激光位移传感器、工作台、pci-1711i/o接口、纱管增速装置和数据采集软件系统，表2给出传感器的基本参数。实验中选用研华公司生产的pci-1711数据采集卡，其工作原理主要是采集传感器对被测物体所检测的信号传送到上位机中进行分析和处理。本实验中数据采集卡主要是将激光位移传感器传送过来的模拟量信号传递给计算机，并通过相应的软件对采集信号进行显示。

表2传感器基本参数表

本次实验中，选择不同磨损类型的205纱管及相配套的锭子进行振幅检测，锭子转速为18000r/min，表3给出纱管的几种磨损类型，

表3纱管磨损类型

检测系统标定：检测系统的标定实际上就是确定输入输出关系的函数表达式，此时通过控制物体离传感器的位移变化值来输出相应的电压变化信号值，并且利用最小二乘拟合得出输入与输出的数学函数表达式，假设此时y表示位移，x表示相应的电压输出信号。经过标定实验和mtlab最小二乘曲线拟合可得出其相应的线性拟合函数为：

y＝2.0007x-4.9937(15)

根据表3所示的纱管不同磨损类型对纱管进行振幅检测实验，其中振幅阈值α根据新纱管振幅的评价标准适当选择0.3mm、0.4mm和0.5mm等三组进行实验，并列出各组纱管的振幅数据，得出相应的结果如下：

1、纱管质心不存在偏心

(1)上部完全接触下底口也接触良好

表4给出在该组实验下十支纱管振幅统计结果，图7为1号纱管振幅曲线图，选择600个数据点作为样本点进行绘图。

由表4和图7可知：纱管不偏心且与锭子上部完全接触下底口也接触良好时纱管振幅的最大值、最小值和振幅均值都较小，由纱管振幅偏移率可知在振幅阈值为0.3mm时其振幅偏移率都较大，随着振幅阈值的增大，其振幅偏移率逐渐减小，尤其在阈值为0.5mm时十支纱管的振幅偏移率均值为0.043％，基本接近0，说明此时纱管振幅摆动大部分在其给定振幅标准阈值内；由振幅积分变化率均值从17.06％降低到0.004％可知其振幅积分变化率也随着振幅阈值的增大而减小甚至接近为0，说明此时振幅超过给定振幅阈值的程度随阈值的增大而减小。由三个振幅偏移率均值可知振幅阈值选为0.3mm和0.4mm时其振幅偏移率均值分别为64.04％和22.68％都较大，而振幅阈值为0.5mm时其振幅偏移率均值为0.043％，其振幅基本在给定振幅阈值内摆动，基本符合使用后纱管合格要求条件，因此可以提出使用后的纱管合格时振幅评价阈值应为0.5mm较合适。而实际检测出的振幅值比同种接触情况下admas仿真得出的振幅稍大一些，其主要原因是实验中使用的是使用后的纱管且无法完全控制纱管的不偏心，以及一些其它影响因素也会影响其振幅值的大小，但二者振幅曲线基本类似，其振幅值都较小，变化也较均匀，符合实验预期结果。

表4纱管振幅统计结果

(2)上部损坏下底口接触良好

表5给出在该组实验下十支纱管振幅统计结果，图8为7号纱管振幅曲线图，选择600个数据点作为样本点进行绘图。

由表5和图8可知：纱管不偏心且与锭子上部接触损坏而下底口接触良好时其阈值为0.3mm、0.4mm和0.5mm的振幅偏移率均值分别为86.17％、61.14％和17.35％，与前一种实验情况下振幅偏移率均值64.04％、22.68％和0.043％相比明显增大，说明此时纱管振幅数据点超出其给定振幅阈值的数量增加，纱管振幅摆动明显，其振幅积分变化率均值同样增加明显，此时振幅超过给定振幅阈值的程度增大。因此在此种接触条件下纱管振幅变化较大，其振幅值偏离程度明显增加。由三个振幅偏移率均值可知振幅阈值选为0.4mm以下时其超出振幅阈值的数据点比例到达60％以上，说明此时选用振幅阈值为0.4mm及以下并不合适，而当振幅阈值选为0.5mm时其振幅偏移率为17.35％，因此此时选择振幅阈值为0.5mm较为合适。由于实验中无法精确的控制上部接触面的接触段数，因此并不能很好的模拟上部接触面的接触情况，但实验得出的结果与上部接触面磨损会增加纱管振幅的结果相类似，验证了纱管与锭子上部接触面的磨损会增加纱管振幅的结论。

表5纱管振幅统计结果

(3)上部接触良好下底口损坏

表6给出在该组实验下十支纱管振幅统计结果，图9为10号纱管振幅曲线图，选择600个数据点作为样本点进行绘图。

由表6和图9可知：纱管不偏心且与锭子上部接触良好下底口损坏时其振幅最大值和最小值与前两种实验情况相比增加较大，其振幅偏移率均值分别为91.98％、63.24％和31.43％，比前两种实验条件下的振幅偏移率都大，说明此时下底口磨损对纱管振幅的影响更大，且其振幅积分变化率均值分别为35.63％、18.08％和8.21％，振幅偏离程度增加明显。同样由三个振幅偏移率均值可知振幅阈值选为0.4mm及以下时其超出振幅阈值的数据点比例到达60％以上，而当振幅阈值选为0.5mm时其振幅偏移率为31.43％，因此此时选择振幅阈值为0.5mm较为合适。说明在此种实验条件下振幅离散程度大，振幅波动现象严重，同时其振幅值与同种情况下的振幅仿真值相近，且此种情况下振幅值很大，说明纱管下底口磨损影响纱管振幅值的大小且影响效果明显。

表6纱管振幅统计结果

(4)上部和下底口都损坏

表7给出在该组实验下十支纱管振幅统计结果，图10为振幅均值最小的6号纱管振幅曲线图，选择600个数据点作为样本点进行绘图。

由表7和图10可知：纱管不偏心且上部和下底口都损坏时其振幅最小值和均值与前几种实验情况相比都较大，其振幅偏移率均值分别为93.33％、77.00％和49.77％，达到几种接触情况的最大值，说明此时纱管上部和下底口都磨损是对纱管振幅的影响最大，且其振幅积分变化率均值分别46.53％、30.55％和19.52％，振幅偏离程度增加明显。说明此时振幅波动非常剧烈，纱管明显不合格，由此说明当纱管上部和下底口磨损会增加其振幅值，且纱管摆头剧烈易导致纱线张力波动和纱线断头。

表7纱管振幅统计结果

2、纱管质心存在偏心

上部完全接触下底口也接触良好

表8给出在该组实验下十支纱管振幅统计结果，图11为振幅均值最小的5号纱管振幅曲线图，选择600个数据点作为样本点进行绘图。

由表8和图11可知：纱管偏心且与锭子上部完全接触下底口也接触良好时纱管振幅最大值、最小值和均值与纱管不偏心时相比都有所增加，其振幅偏移率均值分别为93.84％、61.87％和10.46％，与纱管不偏心时振幅偏移率均值相比有明显的增加，说明纱管自身的偏心会增加纱管振幅摆动；其振幅积分变化率均值为30.88％、11.87％和2.55％，同样相比于纱管不偏心时的17.06％、2.32％和0.004％要大，此时振幅超过给定振幅阈值的程度增大。因此在此种实验条件下纱管振幅变化明显，其振幅值偏离程度增加，振幅波动明显易导致纱线张力波动和纱线断头，与分析的纱管偏心会增加纱管振幅值的结论相一致。

表8纱管振幅统计结果

本发明针对纱管振幅检测问题，利用激光位移传感器搭建纱管振幅检测实验平台，对不同磨损类型的纱管进行振幅检测，得出了各种实验条件下纱管振幅值；并利用本发明提出的纱管振幅数据评价算法，求出各实验条件下振幅阈值分别为0.3mm、0.4mm和0.5mm时的振幅偏移率和积分变化率，最终可得出如下结论：

(1)振幅偏移率和积分变化率随着振幅阈值的增大而减小，通过对比各实验条件下的三个振幅偏移率均值和积分变化率均值可知振幅阈值选为0.4mm及以下时其超出振幅阈值的数据点比例较高，其振幅偏离程度也较为明显；而当振幅阈值选为0.5mm时其振幅偏移率较低振幅偏离程度也小，基本符合使用后纱管振幅检测合格要求，因此选用振幅阈值为0.5mm作为纱管振幅评价阈值较为合理。

(2)振幅阈值为0.5mm时，纱管不偏心且上下接触良好时振幅偏移率和积分变化率分别为0.043％和0.004％，而纱管偏心且上下接触良好时振幅偏移率和积分变化率分别为10.46％和2.55％，明显比不偏心时振幅要大，说明纱管的偏心现象会增加纱管的振幅。

(3)锭子与纱管结合面的磨损会增加纱管振幅偏移率和积分变化率，且随着磨损面积的增加纱管振幅偏移率和积分变化率也增加。

(4)振幅阈值为0.5mm时，纱管下底口磨损时的振幅偏移率和积分变化率分别为31.43％和8.21％，比其他实验条件下的振幅偏移率和积分变化率都高，尤其当出现纱管上下都磨损时其振幅偏移率和积分变化率达到最大，说明纱管下底口磨损对纱管振幅影响最大。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。