用于精密测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置和方法.pdf

用于测量卷绕到纱筒上纱线长度的方法，所述方法以离散的间隔确定在切向方向上卷绕的纱线长度、在轴向方向上卷绕的纱线长度，将上述纱线长度合成，以便得到在每个间隔处螺旋卷绕到纱筒上的精确分长度，同时将纱筒前进期间递增标识的分长度积分，以便得到总体长度。

1.  一种用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的方法，其特征在于，在卷绕的离散测量间隔下对每个间隔实施下列步骤：
—确定在切向方向上卷绕的纱线长度m_fy，
—确定在轴向方向上卷绕的纱线长度m_fx，
—合成在切向和轴向方向上卷绕的两个纱线长度，以便获得在逐渐标识的每个间隔下螺旋卷绕到纱筒上的分长度m_f，
—将在形成纱筒期间逐渐标识的分长度m_f积分，以便获得逐渐卷绕的长度。

2.  按照权利要求1所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于下列步骤：
—根据所述间隔中测量的纱筒的转数ΔN_r和同—间隔中得到的纱筒直径φ_r，按照下式确定在切向方向上卷绕的纱线长度m_fy：
                m_fy＝ΔN_rπφ_r
—根据所述间隔中测量的滚筒的转数ΔN_c，按照下式确定同一间隔中在轴向方向上卷绕的纱线长度m_fx：
                m_fx＝ΔN_cT/N_e
式中T是横动行程，而N_e是滚筒的螺旋数，
—按照下式将切向和轴向两个分量合成：
        m_f＝[(ΔN_cT/N_e)²+(ΔN_rπφ_r)²]^1/2
—将在形成纱筒期间逐渐标识的分长度m_f积分。

3.  按照权利要求1所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，所述离散测量间隔涉及驱动滚筒从纱筒开始的递增的转数。

4.  按照权利要求2所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，纱筒的直径φ_r在纱筒的重心的轴向坐标上测量。

5.  按照权利要求2所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，测量纱筒的直径φ_r用整体装配到纱筒架臂上的距离传感器实施。

6.  按照权利要求5所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，测量纱筒的直径φ_r用反射激光传感器实施。

7.  按照权利要求5所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，测量纱筒的直径φ_r在合适地位于距滚筒上支承线合适的距离处的一点中实施，使得纱筒表面的变形不影响纱筒直径的测量。

8.  按照权利要求2所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，测量纱筒的直径φ_r是通过检测所述臂本身相对于驱动滚筒的几何位置实施。

9.  按照权利要求8所述的用于测量纱线长度的方法，其特征在于，检测所述臂相对于驱动滚筒的几何位置用角电位计实施，所述角电位计提供纱筒架臂(11)相对于驱动滚筒(16)的升起的测量。

10.  一种用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置，包括下列部件：
—用于纱筒的驱动滚筒的递增转数计数器(30)，
—用于纱筒的递增转数计数器(31)，
—纱筒直径φ_r的测量器(20)。

11.  按照权利要求10所述的用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置，其特征在于，转数计数器装置(30，31)制成为与旋转部分成为整体的磁性盘，所述磁性盘装备有与霍尔效应探头相关联的N-S磁极，所述霍尔效应探头为显示所述旋转磁极的通过而设置。

12.  按照权利要求10所述的用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置，其特征在于，纱筒直径φ_r的测量器(20)是牢固地定位在纱筒架臂上的距离传感器。

13.  按照权利要求12所述的用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置，其特征在于，纱筒直径φ_r的测量器是反射激光传感器。

14.  按照权利要求10所述的用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置，其特征在于，距离测量器(20)适合用于在距滚筒(16)上支承线适当距离的点中获得纱筒(10)的直径φ_r，使得纱筒表面的变形不影响测量纱筒的直径。

用于精密测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于精密测量自动络筒机中卷绕到纱筒上的纱线长度的装置和方法。本发明在本文中参照纱线卷绕到锥形管上形成锥形纱筒来进行说明，锥形纱筒随着具有直的圆筒形状的传动辊一起运动，但应知道本发明也适用于形成直的圆筒形纱筒，所述直的圆筒形纱筒在锥形辊上旋转运动。
背景技术
络筒机一般包括一系列沿着机器的前部排列的络纱头或卷绕单元，并装备有用于对它们进行管理的公用伺服装置，这些络纱头或卷绕单元全都相互独立，因此正在形成的纱筒可以在它们的卷绕过程中具有不同的进度。参见图1的方案，图1简单地示出卷绕的纱线的收集部分，纱筒10通过纱筒架臂11夹持，所述纱筒架臂11具有两个死点12、13，所述两个死点12、13在纱筒的底部处与锥形管14接合。正在形成的锥形纱筒10靠在由电机M驱动的传动辊或收集滚筒16上。上述收集滚筒装备有横动导槽17，所述横动导槽17用轴向前后运动将纱线18分布在纱筒10的表面上，而旋转滚筒传送卷绕所必需的转矩。位于纱筒的传动滚筒16上的横动螺旋的数量根据纱线支数和待得到的纱筒密度而不同；传动滚筒一般每转具有1.5-2-2.5-3个螺旋。螺旋的螺距可以是恒定的或者是可变的。
在形成的纱筒10逐渐地增加尺寸和重量。纱筒在它的收集滚筒16上的抵靠压力对纱筒自身的密度有很大影响。在图1中，示出纱筒10已接近它的最终尺寸。
卷绕到每个纱筒上的纱线长度有一真实值，所述真实值在构成络筒机的各卷绕单元之间有显著变动。这主要取决于纱筒10的表面和驱动它的辊16的表面之间的滑移。有许多引起滑移的原因。首先，有几何形状原因，因为靠在直的传动或收集滚筒16上的纱筒10的锥度不同。在纱筒靠在其滚筒上的抵靠线的单轴向坐标中，有一“中性”点，在所述“中性”点处，纱筒的表面具有与滚筒表面相同的线性(或切向)速率。在纱筒抵靠线的其它点处有滑移：与较小或较大直径有关，朝向尖头方向，切向速率较低，朝向底部方向，切向速率较高。纱线的返回速率因此具有脉动趋势。在纱筒的整个卷绕周期中，“中性”点的轴向坐标不是固定不变的，上述轴向坐标可以用受控制方式和不控制方式变动，上述受控制方式用于调整纱筒作用在纱筒架臂和传动滚筒之间相对轴向位移上的速率。
由于纱筒在滚筒上压扁现象的波动或者由于滚筒和纱筒之间的平行度缺陷，及构造缺陷或者各部分之间的定位的缺陷，或者维修不利，所以即使圆筒形纱筒也可能有滑移，尽管不太显著。由于温度或湿度波动、纱线浸蜡、由于污垢或润滑缺陷而引起的死点轴承滑动的波动，都可能产生不同的纱筒卷绕单元之间摩擦系数的波动。所有这些因素都引起不同的卷绕单元之间的滑移，这造成同时产生的纱筒之间长度的差别，所述差别可以达到2-3％。
在这些纱筒的随后使用中，例如在织造中，不同的纱筒同时用于同一机器的平行喂纱中，在将首先用尽的纱筒用完时，所有的纱筒必须卸下，并用新的纱筒代替：在工业实际应用中，卷绕到其它未用尽的纱筒上的残留纱线都浪费了。尤其是当用高品质纱线工作时，无论是将残留的纱线回收还是丢弃，这些未用尽的纱线都带来相当大的成本负担。
在络筒机上发生的平均滑移在1.5％的量级。在目前实际应用中，将所确定的理论长度的平均总体修正值，即目前采用的修正因子K，引入机器的控制单元中，上述修正因子K将补偿纱筒的平均滑移。当纱筒的平均值达到所希望的长度时，就得到修正效果，然而，有一定数量的纱筒由于滑移分散的结果，具有比实际长度的±2％的高斯型分布的平均值更小或更大的长度。
在已知技术中，在每批次操作开始时，如下确定修正因子K。在机器的控制单元上设定欲得到的最终长度MF。启动一定数量的操作卷绕单元：启动整个机器是更优选的。起初假定，每个纱筒都是在没有滑移的情况下被它的滚筒拉动。对每个卷绕单元N_c都测量所启动的滚筒16的转数，若滚筒的直径已知，则对滚筒的每一转来说，卷绕的纱线的长度M_c就知道了。在每个纱筒卷绕单元中，当乘积N_c·M_c的值等于MF时，纱筒卷绕终止。当纱筒完成时，将它们称重或者退绕和测量，将有效最终长度值与所建立的理论值MF进行比较。它们的比值对应于修正因子K，所述修正因子K将引入到机器的控制单元中，以便修正随后的纱筒的MF。如果所建立的理论值MF例如是每个纱筒1kg纱线，而在样品纱筒上测得的实际平均值为0.984kg，则修正因子K等于1/0.984。
然后，通过对每个纱筒引入用所发现的修正因子K修正后的最终理论长度数据MF，对整个络筒机的操作进行设定。在以后的生产，修正因子是样品控制式的，能在控制单元上调节并重新建立修正因子。对每个不同的操作揭示和归类修正因子K，以供可能的再使用。
这种长度检测法没有考虑下述事实，即纱线由于将其分配在纱筒上的横向运动而螺旋式卷绕成具有轴向长度分量。
新近，例如在美国专利US 5652509中，已经提出一些可供选择的系统用于根据检测卷绕纱线的速率来确定纱筒的长度。按照这个现有技术，系统基于包括两个纱线特性(例如纱线图像)读出器的精密且较小的纱线传感器，所述读出器设置在距离L处。倘若纱线具有经常的可识别且显著的不规则性，则由两个读出器按顺序显示的图像之间的空间/时间关系能随时确定纱线的转变速率。
不仅如在锥形纱筒的情况下存在脉动速率时，而且当纱线规则或紧凑，即其加捻掩盖其基本不规则性时，这些系统在制备和工作方面都有困难。如果在距离间隔L内纱线有可能绕其自身旋转，则从卷绕单元到卷绕单元之间有进一步的测量分散。因此，这种类型的传感器对纱筒与滚筒之间的滑移不敏感，而且另一些涉及在短时间内校准和相当大计算能力的困难。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于测量卷绕到纱筒上的纱线长度的装置和方法，所述装置和方法克服了已知技术测量系统的缺点，并提供精确而可靠的测量。
本文参照本发明对锥形纱筒结构的主要应用来说明本发明，上述锥形纱筒用作示例性和非限制性的目的，因为按照本发明所述的装置和方法可以在圆筒形纱筒的应用中或者在与络筒机不同的机器上得到有利的应用。
在作为卷绕到纱筒上的纱线长度的测量方法所能接受的意义上，本发明在权利要求1中限定。它的优选变体方案或实施例在从属权利要求2-9中限定。
在作为卷绕到纱筒上的纱线长度的测量装置的更一般的意义上，本发明在权利要求10中限定。它的优选变体方案或实施例在从属权利要求11-14中限定。
按照本发明所述的测量系统以下述逻辑为基础。纱线的真实升起和卷绕速率对纱筒的滑移和变扁不敏感，与纱筒的转数乘以纱筒相对于其切向分量V_y的实际直径成正比。
                  V_y＝ω_rφ_r/2      (a)
式中：ω_r表示纱筒的角速率，而φ_r表示所获得的纱筒直径。按照本发明的优选变体方案，上述直径是在距纱筒和驱动滚筒之间接触线比较远的点中获得，以便基本上不受纱筒压紧上述滚筒的变形影响。按照本发明，在测量期间还考虑由于横动而产生的速率的横向分量V_x。
                  V_x＝ω_cT/2πN_e    (b)
式中：ω_c是滚筒的角速率，T是横动行程且N_e是滚筒的螺旋数。然后通过所确定的两个速率的合成确定实际最终速率V如下：
                  V＝[V_x²+V_y²]^1/2   (c)
真实卷绕纱线速率的确定逻辑对任何种类的滑移和原因都不敏感，并提供比已知技术的系统所提供的精确得多的信息。
卷绕到纱筒上的纱线长度的测量方法用下列步骤实施。卷绕到锥形纱筒上的纱线长度以离散的卷绕间隔测量，而在切向方向上和间隔中测得的纱线长度m_fy按下式计算：
                  m_fy＝ΔN_rπφ_r      (d)
式中：ΔN_r是纱筒在间隔中的转数，而φ_r表示在同一间隔期间所显示的纱筒直径。
同时，在同一间隔中，在轴向方向上测得的卷绕的纱线长度m_fx按下式计算：
                  m_fx＝ΔN_cT/N_e       (e)
式中：ΔN_c是在该间隔中滚筒的转数，T是横动行程，而N_e是滚筒的螺旋总数。因此，在测量范围内卷绕的总长度m_f由两个分量的合成得到：
                  m_f＝[m_fx²+m_fy²]^1/2  (f)或
           m_f＝[(ΔN_cT/N_e)²+(ΔN_rπφ_r)²]^1/2  (g)
因此，卷绕的纱线的总长度是通过将纱筒行进期间逐渐记录的各分长度积分而进行测量的。如果测量的间隔足够小而假定在这些间隔的每个间隔中直径φ_r都基本上不变并假定纱线的返回速率恒定不变，则因此逐步递增的长度精确地对应于从纱筒开始时所获得的长度总和m_f。
卷绕的长度的各离散的测量间隔可以简单地等于时间间隔，例如，通过每2秒种实施一次测量，然后将测得的长度加和。这些间隔不一定要彼此相同。
按照本发明的优选实施例，各离散的测量间隔并不采用时间参照，而是以从纱筒开始时驱动滚筒的递增转数为参照，例如滚筒每一百转。这样，每次测得的分长度就消除了由于纱线的中断和随后的连接、为避免在纱筒上的缠结的卷绕调整或者由于任何原因而引起的暂时运动的周期等所引起的旋转周期在可变速率下的影响。除此之外，有简单化的优点是公式(g)的第一个加数是不必每次确定的固定项。
按照本发明的优选实施例，纱筒的真实直径的测量是用距离传感器20例如反射激光传感器在固定的几何位置实施，上述距离传感器20如图2所示整体式组装在纱筒架臂11上，并且其定位成用于测量纱筒的表面与发射器之间的距离，该测量优选的是按照与纱筒21的轴线相交并与其垂直且轴向坐标值为a的直线22来测量。这样，因为臂的几何形状固定且臂随着不断增长的纱筒整体移动，所以距纱筒的距离逐渐减小的测量也就提供了对不断增长的纱筒的半径的测量。在滚筒上支承线中纱筒表面的变形不影响直径的测量，因为测量点合适地位于距上述线适当距离处，如图2所示。在图中示出纱筒处于其形成的初始阶段的尺寸中。
在锥形纱筒的情况下，传感器20的轴向定位决定实现直径测量的轴向坐标，并影响在该坐标中所获得的φ的测量值。上述轴向坐标可以简单地是纱筒的重心的坐标。直径传感器的轴向坐标也可以不同地选定。一旦上述轴向坐标和纱筒的锥度已知，则很容易知道在每个轴向坐标中纱筒的直径。参见图3的示意图，在纱筒的一定进度下，通过测量在轴向坐标a处纱筒的直径φ_a并已知具有高度T(等于横动行程)的纱筒的锥度α，纱筒尖头的直径φ_tip和纱筒底部的直径φ_base证明是：
              φ_tip＝φ_a-2a tangα       (h)
              φ_base＝φ_tip+2T tangα    (i)
而纱筒的平均直径φ_average证明是：
φ_average＝(φ_tip+φ_base)/2＝φ_a+(T-2a)tangα  (l)
一旦纱筒的几何形状已知，则按照线性定律(linear law)，如果滚筒具有带恒定不变螺距的螺旋槽(helix cavity)，或者按照重量定律如果上述螺旋具有可变螺距，则测量与某一轴向坐标相对应的纱筒直径就能计算出在纱筒母线的每个轴向坐标处卷绕的螺旋的直径。
如迄今为止所述，按照本发明所述的卷绕到纱筒上的纱线长度测量装置包括下列部件：
—用于纱筒的驱动滚筒的递增转数计数器30；
—用于纱筒的递增转数计数器31；
上述转数计数器可以用不同的技术制成。例如，转数计数器可以制成为与旋转部分成为整体的圆盘—例如与用键固定的盘30(keyeddisk)成为整体，所述用键固定的盘30在图1中插到驱动滚筒16的轴线上，或者是插到纱筒架臂心轴的轴承上—上述圆盘具有带有磁极N-S的外表面，而霍尔效应探头适当地定位以显示上述旋转磁极的通过。每次通过N(或者相反的S)极膨胀部分，传感器就产生电脉冲，所述电脉冲用线路33传送到控制单元。因为布置在磁性盘圆周上的磁极数已知，所以可以通过计数脉冲数来确定所实施的转数。如果在已知的间隔(规则的和不规则的)下重复测量，则这样能确定圆盘的旋转速率，因此能确定滚筒或纱筒的旋转速率。可能的可供选择的方案以下述方式获得，即，可以通过将铁磁性材料制成的齿轮整体施加到所述旋转部分上并用感应式探头控制而得到，或者通过由光学遮闭叉(blockage fork)(发射器+接收器)控制的带N个孔或齿的轮而得到、或通过用光学反射传感器控制的在圆周上具有不透明的“切口”的反射盘而得到；
—纱筒10的直径的测量器20，所述测量器20优选的是牢固地设置在纱筒架臂上。它可以用各种工艺制成。为了直接测量直径，可以使用反射激光器或者所谓的“飞行时间”激光器，上述反射激光器通过三角测量技术计算传感器与目的物之间的距离，而上述“飞行时间”激光器测量所发射的光线与所反射的光线之间的时间位移：距离越大，则位移/延迟将越大。可供选择地，当纱筒架臂的几何形状已知时，检测所述臂相对于驱动滚筒的几何位置能测量得到纱筒直径。上述检测可以例如用角电位计(angular potentionmeter)实施，所述角电位计提供纱筒架臂相对于驱动滚筒升起的测量：当组件的几何形状已知时，可以确定纱筒的直径。类似地，利用感应或磁性或光学传感器测量与纱筒架臂成整体的点相对于与滚筒组件成整体的点的距离，能得到在形成中的纱筒的直径。
形成本发明其中一个优选实施例的反射激光传感器，可以很容易例如借助于定位型板(template)而精确装配在纱筒架臂11上，因而能落在用这些类型传感器精确测量纱筒直径所要求的公差范围内。
与已知技术的纱筒长度测量系统相比，按照本发明所述的测量方法和装置具有相当大的优点，其中下列优点值得一提。测量对滑移不敏感，因为速度测量直接在纱筒上实施，并且测量对轴承的滑移波动和环境因素也不敏感。测量还对纱筒的较高或较低密度不敏感，因为纱筒直径的测量可以在不受纱筒压扁影响的区域中实施。读数与纱线的类型和支数无关，上述纱线可以是单纱、捻纱、规则的或不规则的、光滑的或毛状的。
长度的计算简单，不需要高计算能力或高处理速率。本发明装置的应用不妨碍纱线运转，并处于防止偶然冲击或接触的受保护位置。