循跡檢測紗線斷頭智能小車的研究與設(shè)計(jì)*

劉 朝，張 玲，吳振天，霍明武，姚俊紅

(德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東德州 253023)

0 引言

在紡織行業(yè)中，鑒于紡紗機(jī)在紡紗過程中，出現(xiàn)斷線情況，且在短線后斷頭不易發(fā)現(xiàn)，必須經(jīng)擋車工用眼睛巡回檢測，勞動強(qiáng)度很大。另一方面，紡紗過程中產(chǎn)生大量毛羽，重量輕、漂浮面積大，不僅影響了紡紗車間衛(wèi)生、降低產(chǎn)品質(zhì)量，而且影響工人的呼吸健康。隨著社會的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械的性能、工作效率也提出了更高要求。勞動力的費(fèi)用在作業(yè)成本中所占的比例也越來越高。節(jié)省人力，提高工作效率，成了紡織行業(yè)迫切需要解決的實(shí)際問題［1］。

因此，本文設(shè)計(jì)了一種循跡檢測紗線斷頭智能小車。該小車主要由伺服電機(jī)、運(yùn)動系統(tǒng)、智能檢測系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，可根據(jù)檢測是否有斷頭，實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動和停止、報(bào)警系統(tǒng)的提醒、檢測結(jié)果的無線信息發(fā)送等功能，同時(shí)可清理操作間的毛羽，具有靈敏性好，精確度高，操作方便，工作效率高，制造成本低等特點(diǎn)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本小車主要由伺服電機(jī)、運(yùn)動系統(tǒng)、智能檢測系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。各系統(tǒng)相互配合能夠滿足在紡紗車間對紗線的檢測工作，極大地節(jié)省了勞動力和提高了勞動效率。整體效果圖如圖1所示。

圖1 循跡檢測紗線斷頭智能小車整體示意圖

1．1 伺服電機(jī)

該伺服電機(jī)采用松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，作為目前較為成熟的伺服電機(jī)能夠較好地滿足在檢測過程中數(shù)字化控制整體運(yùn)行。完全實(shí)現(xiàn)檢測部分的智能化作業(yè)，能較大程度的減輕工人的勞動強(qiáng)度。

1．2 運(yùn)動系統(tǒng)

檢測小車的運(yùn)動系統(tǒng)主要包括小車整體的運(yùn)動，作為整個(gè)機(jī)械的行走運(yùn)動機(jī)構(gòu)，承載著小車在工作以及不工作時(shí)的運(yùn)動作業(yè)。小車不工作時(shí)，可以將運(yùn)動系統(tǒng)處于無約束狀態(tài)下可以人工駕駛自由移動，可以方便工作人員將它放置于任何地方，可作為工人的移動工具，具有方便、實(shí)用的功能。

小車工作時(shí)運(yùn)動部分主要有驅(qū)動電機(jī)、輪系部分、信號轉(zhuǎn)換器等部分構(gòu)成，在小車放置工作位置時(shí)直接利用電信號控制連接導(dǎo)軌以及搖臂的移動，并且可以設(shè)置自動行駛速度及搖臂的伸展高度可以滿足對各個(gè)位置紡紗線的檢測工作［2］。

1．3 智能檢測系統(tǒng)

智能檢測系統(tǒng)主要包括視頻信息采集與發(fā)送部分、攝像頭采集、視頻處理模塊、細(xì)紗斷頭監(jiān)測報(bào)警部分、信息統(tǒng)計(jì)匯總管理部分、手持式收發(fā)器。通過激光傳感器檢測是否斷線，如有斷線，則將通過聲光報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)，同時(shí)通過無線模塊將斷線的位置信息發(fā)送給擋車工，提醒擋車工處理斷線。小車顯示屏自動儲存檢測結(jié)果并分析顯示易斷線位置，以此來提高生產(chǎn)效率［3］。如圖2所示。

1．4 除塵系統(tǒng)

紗線作為棉制品的初級成品，在進(jìn)行制作過程中容易產(chǎn)生飛羽的現(xiàn)象，對紡紗車間的工作環(huán)境造成污染，嚴(yán)重影響工人的健康。并且產(chǎn)生飛羽的過程中容易造成紗線的不均勻，對紗線質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，在染布過程中對染色的外觀造成不均勻，不利于紡紗企業(yè)的良性發(fā)展。

為了能夠解決目前紡紗車間的飛塵，在檢測小車的設(shè)計(jì)過程中專門增加除塵系統(tǒng)。在小車的底部和后部分別加裝了吸塵器，針對空氣中、紡紗機(jī)、地面上的毛羽及灰塵進(jìn)行清理，有效的降低毛羽污染及其產(chǎn)生的危害。

1．5 控制系統(tǒng)

檢測小車在檢測過程中為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，該機(jī)采用先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)直接在作業(yè)過程中完成對紗線斷頭的檢測。其控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的可編程邏輯控制器(PLC)，它具有產(chǎn)品性能好、應(yīng)用廣泛、適應(yīng)能力強(qiáng)、容易操作以及較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精確地工作［4］?？刂葡到y(tǒng)流程圖如圖2所示。

2 工作原理及產(chǎn)品特點(diǎn)

2．1 工作原理

循跡檢測紗線斷頭智能小車?yán)孟冗M(jìn)的控制系統(tǒng)，可以自主分析檢測紗線斷頭，通過可編程邏輯控制器(PLC)自主完成檢測與信息的發(fā)送，能夠大大降低擋車工的勞動強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)過程中采用人機(jī)交互原則，可以通過人工控制實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動、檢測結(jié)果的分析。滿足擋車工作業(yè)時(shí)的各種需要，極大地提高了工作效率［5］。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

2．2 產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)改變傳統(tǒng)做法，運(yùn)用激光傳感器自動檢測紗線。

(2)智能化，人機(jī)交互性強(qiáng)?？梢宰詣佑?jì)算斷線位置和斷線次數(shù)并可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，把數(shù)據(jù)用短信發(fā)送至工廠技術(shù)人員。

(3)利用無線視頻發(fā)射模塊將現(xiàn)場環(huán)境反饋回電腦，并通過上位機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

(4)實(shí)用性強(qiáng)，攝像頭采用搖臂升降模式，適合各種紡紗機(jī)。

(5)安裝吸塵設(shè)備，有效解決了車間的毛羽污染問題，維護(hù)了工人的呼吸健康。

3 總結(jié)

循跡檢測紗線斷頭智能小車將控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相結(jié)合，滿足該小車在檢測過程中的半自動化作業(yè)，能夠在控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)對紗線斷頭的檢測，并根據(jù)設(shè)定的車速自動完成檢測;同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對地面及空氣中的毛羽的吸塵、整車移動與固定。本文設(shè)計(jì)的循跡檢測紗線斷頭智能小車成本低、體積小、性價(jià)比高、節(jié)省人力、性能完善、精確度高、安全可靠、操作簡便，適用于大中型紡織廠使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 胡漢才．單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］．北京．清華大學(xué)出版社，2004．

［2］ 周炳榮．紡織機(jī)械系列教材［M］．北京．中國紡織出版社，1999．

［3］ 何道清．張 禾，諶海云．傳感器與傳感器技術(shù)［M］．第二版．北京．科學(xué)出版社，2008．

［4］ 曹廣春，時(shí)冬梅，楊新蘭．細(xì)紗斷頭成因與減少斷頭的實(shí)踐［J］．山東紡織科技，1997(3):11．

［5］ 董憲文，劉鳳云，陸曉林．降低細(xì)紗斷頭率是提高成紗質(zhì)量的關(guān)鍵［J］．黑龍江紡織，2000(1):24．