全自動(dòng)紗線捻度儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李凱樂，高 鑫

（陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013）

0 引言

捻度對(duì)紗線結(jié)構(gòu)、物理性能、織物風(fēng)格有直接影響，是評(píng)定紗線等級(jí)的重要依據(jù)，其主要測(cè)試儀器為紗線捻度儀，該儀器主要測(cè)定紗線的捻度和捻度不勻率。由于紗線捻度儀自動(dòng)化程度較高，電氣控制較復(fù)雜，市場(chǎng)上現(xiàn)有的紗線捻度儀存在連續(xù)采樣穩(wěn)定性差、測(cè)試精度較低、數(shù)據(jù)一致性差、操作過程復(fù)雜、人機(jī)界面美觀度欠佳等問題［1］。為了解決上一代捻度儀遺留的問題，長(zhǎng)嶺紡電公司設(shè)計(jì)并研制了一款全自動(dòng)捻度儀，采用ARM嵌入式（主頻400 MHz）人機(jī)界面智能操作系統(tǒng)，控制單元采用freescale的MC9S12XDP512芯片，系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，有效保證了產(chǎn)品的可靠性和數(shù)據(jù)的一致性，測(cè)試速度也有所提高，大幅提升了檢驗(yàn)人員的測(cè)試效率，并實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全自動(dòng)化控制，更好滿足了用戶的實(shí)際需求。

1 全自動(dòng)紗線捻度儀工作原理

1.1 工作原理

全自動(dòng)紗線捻度儀機(jī)械手自動(dòng)將裝好的紗線從換紗架引到右端旋轉(zhuǎn)夾頭處，再向下送至旋轉(zhuǎn)夾頭中心，帶有初始預(yù)張力的活動(dòng)夾頭夾住紗線一端，然后機(jī)械手慢慢下移喂紗，直到將活動(dòng)夾頭到零位后旋轉(zhuǎn)夾頭閉合夾住紗線另一端，機(jī)械手回位。旋轉(zhuǎn)夾頭轉(zhuǎn)動(dòng)使紗線退捻，由于紗線伸長(zhǎng)活動(dòng)夾頭左移離開零位，紗線退捻完成后旋轉(zhuǎn)夾頭繼續(xù)同方向旋轉(zhuǎn)加捻，紗線縮短直到拉動(dòng)活動(dòng)夾頭回到零位，此時(shí)旋轉(zhuǎn)夾頭的轉(zhuǎn)數(shù)則為試樣長(zhǎng)度應(yīng)具有捻回?cái)?shù)的兩倍［1］。控制系統(tǒng)將此轉(zhuǎn)數(shù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)后，由上位機(jī)計(jì)算試樣捻度、變異系數(shù)、捻度不勻率、捻度的最大最小值、平均值等參數(shù)。整機(jī)工作原理見圖1。

圖1 全自動(dòng)紗線捻度儀工作原理

1.2 設(shè)計(jì)思路

1.2.1 組成

全自動(dòng)紗線捻度儀主要由主機(jī)、紗架和預(yù)張力砝碼組成。主機(jī)為臺(tái)式，安裝時(shí)置于水平臺(tái)面上，主要由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)控制系統(tǒng)、移紗架單元、抓紗喂紗單元、退捻加捻單元、張力單元、取樣單元、廢紗回收單元等組成。其中，上位機(jī)系統(tǒng)即人機(jī)交互界面，主要用于紗線參數(shù)設(shè)計(jì)、檢測(cè)結(jié)果計(jì)算等；下位機(jī)控制系統(tǒng)主要用于配合上位機(jī)系統(tǒng)，以控制捻度儀測(cè)試過程中的動(dòng)作運(yùn)行；移紗架單元、抓紗喂紗單元、退捻加捻單元、張力單元、取樣單元、廢紗回收單元等分別用于測(cè)試過程中移動(dòng)紗架、抓紗喂紗、退捻加捻、預(yù)加張力、紗線取樣、回收廢紗等動(dòng)作。

1.2.2 線路設(shè)計(jì)

線路部分主要作用是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)控制板、傳感器組、驅(qū)動(dòng)器組、電機(jī)組和RS232串行通訊口組成，驅(qū)動(dòng)控制與數(shù)據(jù)采集部分主要通過RS232串口接受上位機(jī)的指令控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，查詢傳感器組狀態(tài)，自動(dòng)完成測(cè)試過程并采集數(shù)據(jù)，向上位機(jī)傳輸采集的數(shù)據(jù)［3］。

1.2.3 軟件設(shè)計(jì)

全自動(dòng)紗線捻度儀的監(jiān)控軟件在windows系統(tǒng)下運(yùn)行，用C＋＋語言編寫，主要負(fù)責(zé)設(shè)置測(cè)試參數(shù)并向驅(qū)動(dòng)控制板發(fā)送測(cè)試參數(shù)和動(dòng)作控制命令，保證測(cè)試的順利完成，接收驅(qū)動(dòng)控制板返回的捻回?cái)?shù)并實(shí)時(shí)顯示，批次結(jié)束后計(jì)算試樣捻度、捻系數(shù)、變異系數(shù)、捻度不勻率等指標(biāo)，可自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果，實(shí)時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)，并能將歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為EXCEL格式方便從USB端口拷貝，能配合下位機(jī)軟件進(jìn)行整機(jī)檢測(cè)和故障判斷。

1.2.4 智能人機(jī)交互系統(tǒng)

用戶可通過智能人機(jī)交互系統(tǒng)對(duì)捻度儀進(jìn)行操控，該系統(tǒng)由多窗口界面構(gòu)成，具有較好的易用性和可操作性。主要完成界面顯示、參數(shù)設(shè)置、向驅(qū)動(dòng)控制板發(fā)送測(cè)試指令和參數(shù)、接收驅(qū)動(dòng)控制板返回的命令和數(shù)據(jù)、指標(biāo)計(jì)算和顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)拷貝等功能。

2 全自動(dòng)紗線捻度儀的應(yīng)用

2.1 使用要點(diǎn)

全自動(dòng)紗線捻度儀是人工裝紗，自動(dòng)引紗，測(cè)試方法可以選擇。測(cè)試過程中無需人工操作，其智能人機(jī)界面可完成界面顯示、參數(shù)設(shè)置、命令通訊、指標(biāo)計(jì)算和顯示、數(shù)據(jù)存取、歷史數(shù)據(jù)查詢拷貝等功能。但是，由于部件移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)可能造成危險(xiǎn)，所以不能隨便拆下旋轉(zhuǎn)夾頭罩，操作儀器時(shí)也不能隨意觸碰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。還應(yīng)注意維修氣動(dòng)系統(tǒng)之前必須切斷外部的壓縮空氣；嚴(yán)禁在帶電或不帶電的情況下用手等外力推動(dòng)抓紗喂紗機(jī)構(gòu)；帶電維修時(shí)應(yīng)注意對(duì)人體的保護(hù)；儀器正常測(cè)試時(shí)嚴(yán)禁用手觸摸各運(yùn)動(dòng)部位。

2.2 測(cè)試方法

2.2.1 直接計(jì)數(shù)法

直接計(jì)數(shù)法即直接測(cè)定紗線捻度的方法，也是手搖捻度儀的工作原理，需要手動(dòng)控制紗線轉(zhuǎn)數(shù)，然后再人工判斷紗線是否完成退捻。直接計(jì)數(shù)法得到的紗線捻回?cái)?shù)一般比較準(zhǔn)確，由于需要人工控制轉(zhuǎn)數(shù)以及判斷，浪費(fèi)人力，效率較低。

2.2.2 退捻加捻A法

退捻加捻A法是一種間接測(cè)定紗線捻度的方法。該方法原理是對(duì)紗線進(jìn)行退捻和反向再加捻，直到紗線試樣達(dá)到其初始長(zhǎng)度，假設(shè)再加捻的捻回?cái)?shù)等于紗線原有的捻回?cái)?shù)，這樣計(jì)數(shù)器上記錄捻回?cái)?shù)的一半即為紗線試樣應(yīng)有的捻回?cái)?shù)［4］。這種測(cè)定方法是自動(dòng)捻度儀測(cè)試的基本原理，所測(cè)結(jié)果相對(duì)于直接計(jì)數(shù)法有一定偏差，在預(yù)加張力設(shè)置正確的情況下，該方法的偏差可控制在合理范圍內(nèi)，應(yīng)用在全自動(dòng)捻度儀的測(cè)試效率明顯提高，適用于對(duì)測(cè)量效率要求較高而對(duì)測(cè)量精度要求一般的情況。

2.2.3 退捻加捻B法

退捻加捻A法對(duì)預(yù)加張力波動(dòng)非常敏感，所以提出了退捻加捻B法，該方法減小了預(yù)加張力對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，可給出更加準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。其原理是對(duì)紗線進(jìn)行了退捻加捻A法測(cè)試之后，再根據(jù)測(cè)得捻回?cái)?shù)的1／4進(jìn)行退捻再加捻到初始長(zhǎng)度，以校正因預(yù)加張力引起的誤差。該方法比退捻加捻A法用時(shí)長(zhǎng)，但是測(cè)得結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，也適合于對(duì)測(cè)量精度要求較高、對(duì)測(cè)量效率也有一定要求的試驗(yàn)情況。

2.2.4三次退捻加捻法

三次退捻加捻法測(cè)試計(jì)算原理為：分別進(jìn)行三次退捻加捻法的測(cè)試，設(shè)第一次退捻加捻測(cè)試結(jié)束后捻回?cái)?shù)數(shù)據(jù)為A，第二次為B，第三次為C，則最終測(cè)試捻數(shù)為：若B＞A，則最終捻回?cái)?shù)為（4A－3B＋C）／2，若A＞B，則最終捻回?cái)?shù)為（3B－2A＋C）／2。此種方法給予退捻加捻法更多的校正，但是測(cè)量時(shí)間比退捻加捻A法和退捻加捻B法都要長(zhǎng)，適合于對(duì)測(cè)量精度要求較高、測(cè)量時(shí)間較充裕的試驗(yàn)情況（由于老機(jī)型不具備該項(xiàng)測(cè)試方法，故而新老機(jī)型無法進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試方法的數(shù)據(jù)比對(duì)）。

3 全自動(dòng)紗線捻度儀性能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證全自動(dòng)紗線捻度儀（簡(jiǎn)稱新機(jī)型）與老款捻度儀（簡(jiǎn)稱老機(jī)型）在儀器穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)一致性、測(cè)試效率等方面的差異，試驗(yàn)采用直接計(jì)數(shù)法、退捻加捻A法、退捻加捻B法等方法，測(cè)試5種不同原料品種、不同號(hào)數(shù)、不同設(shè)計(jì)捻度的紗線，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析［5］。

3.1 試驗(yàn)用紗

紗線試樣參數(shù)見表1。

表1 紗線試樣參數(shù)

3.2 新老機(jī)型測(cè)試對(duì)比

使用兩臺(tái)新機(jī)型（分別為新機(jī)型1號(hào)與2號(hào)）與老機(jī)型測(cè)試，新機(jī)型1號(hào)的測(cè)試速度為3kr／min，新機(jī)型2號(hào)測(cè)試速度為1.5kr／min，老機(jī)型的測(cè)試速度為1.5kr／min。取1號(hào)～5號(hào)試樣，取樣間隔為2m，隔距長(zhǎng)度為500mm。每種試樣取10管，每管測(cè)試2次，共測(cè)試20次，記錄每種樣品測(cè)試20次的平均值，最后比較20次測(cè)試平均值的差異。具體見表2、表3。

表2 試樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 試樣數(shù)據(jù)分析

由表3的測(cè)試結(jié)果可以看出，3號(hào)試樣（精梳毛紗）在測(cè)試中，捻度的絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差值最小，2號(hào)試樣（棉環(huán)錠紡）的捻度偏差值有小于精梳毛紗的趨勢(shì)，5號(hào)試樣（棉轉(zhuǎn)杯紡）的捻度偏差值最大。

4 結(jié)論

4.1 通過測(cè)試多種紗線試樣，可以看出新機(jī)型測(cè)試時(shí)紗線試樣的捻度值誤差范圍較小，其絕對(duì)偏差值為－4.06捻／（10cm）～3.53捻／（10cm），相對(duì)偏差為－3.35%～4.24%；老機(jī)型的試樣捻度值偏差較大，其絕對(duì)偏差值為－8.33捻／（10cm）～8.04捻／（10cm），相對(duì)偏差為－8.02%～9.06%，故而在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性上新機(jī)型明顯占優(yōu)勢(shì)。

4.2 新機(jī)型1號(hào)的測(cè)試速度為3kr／min，新機(jī)型2號(hào)測(cè)試速度為1.5kr／min，在測(cè)試同種試樣時(shí)，兩款新機(jī)型的臺(tái)次偏差約為0.09～0.28，偏差較小，由此可看出新機(jī)型的數(shù)據(jù)一致性較好。

4.3 新機(jī)型的測(cè)試速度可達(dá)3kr／min，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，系統(tǒng)能保持可靠穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)；老機(jī)型最高速度可達(dá)2.5kr／min，常用測(cè)試速度為1.5kr／min，當(dāng)設(shè)定速度為2kr／min或2.5kr／min，且長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)易發(fā)生故障。

4.4 新機(jī)型的測(cè)試速度遠(yuǎn)大于老機(jī)型的測(cè)試速度，縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了檢驗(yàn)人員的測(cè)試效率，降低了紡織企業(yè)測(cè)試成本。

5 結(jié)語

全自動(dòng)紗線捻度儀集機(jī)、電、氣于一體，通過測(cè)試可以得出紗線的捻度、變異系數(shù)、最大值、最小值等紗線指標(biāo)；該儀器能測(cè)試包括包芯紗在內(nèi)的各種紗線捻度及相關(guān)指標(biāo)，極大地提高了紡織企業(yè)測(cè)定紗線捻度的效率，減少了人力資源成本，有利于紡織企業(yè)降本增效。

［1］吳敏，徐旻，丁焱明，等.機(jī)械搓捻捻接技術(shù)的分析與工藝測(cè)試［J］.棉紡織技術(shù)，2003，31（12）：23－26.

［2］賈立峰.測(cè)試轉(zhuǎn)杯紗捻度的退捻加捻法分析［J］.棉紡織技術(shù)，1999，27（1）：22－25.

［3］丁軍.捻度儀控制器設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（11）：197－199.

［4］GB／T 2543.1—2001，紡織品紗線捻度的測(cè)定［S］.

［5］甘志紅，王飛.幾種紗線捻度測(cè)試方法的比較［J］.山東紡織經(jīng)濟(jì)，2010（3）：57－58.