噴氣織機(jī)編碼器檢測儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

高 鑫，李凱樂，任高輝，劉 佳，符小鋒

（陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013）

0 引言

噴氣織機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各項(xiàng)動作都嚴(yán)格按照一定的時(shí)序信號執(zhí)行，用編碼器對織機(jī)的角度信息進(jìn)行采集，從而對整機(jī)的送經(jīng)、卷取、剎車、剪刀、啟動、探緯等單元進(jìn)行定時(shí)控制［1］。編碼器是保證噴氣織機(jī)完成引緯功能的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量及使用壽命直接影響噴氣織機(jī)生產(chǎn)效率及整機(jī)質(zhì)量。目前，編碼器的質(zhì)量在上機(jī)裝配前難以明確，裝機(jī)調(diào)試后編碼器故障率一直居高不下，占總機(jī)臺故障率的6%～10%，不僅影響織機(jī)的裝配效率，而且使織機(jī)的可靠性大幅降低。所以，對編碼器的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效檢驗(yàn)，保證關(guān)鍵件的上線質(zhì)量，對提高整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量有積極作用。對此，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了RED－1型編碼器測試儀，具體介紹如下。

1 編碼器工作過程及原理

1.1 工作過程

織機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，編碼器與曲軸同步轉(zhuǎn)動，并以2°為單位將曲軸角度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的編碼送入引緯控制單元（簡稱SVU）中，如圖1所示。SVU單元將采集到的編碼器信號處理后，分別控制固定定時(shí)和可編程定時(shí)信號及電磁閥控制信號的輸出，在時(shí)序信號的配合下，織機(jī)完成一系列的動作，實(shí)現(xiàn)織造功能［2］。

圖1 編碼器采集織機(jī)角度

1.2 工作原理

編碼器采用光電式結(jié)構(gòu)，把二進(jìn)制碼盤裝在軸上，碼盤分成若干個(gè)同心帶，每個(gè)帶代表一位，最靠近軸心的帶，分成透明和不透明兩個(gè)相等的段，代表最高位，最外層的帶則代表最低位。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時(shí)，扇區(qū)中透光的碼道對應(yīng)的光敏二極管導(dǎo)通，則輸出低電平“0”；遮光的碼道對應(yīng)的光敏二極管不導(dǎo)通，則輸出高電平“1”，這樣形成與編碼方式一致的高低電平輸出［3］。為了解決碼盤在分界線時(shí)檢測困難而造成很大的誤差，通常選用格雷碼盤。圖2為一個(gè)四位格雷碼盤，每從一個(gè)位置走到下一個(gè)位置時(shí)，只改變一個(gè)數(shù)位，避免了由于安裝不穩(wěn)定造成的角度誤差。

圖2 編碼器四位格雷碼盤

2 編碼器檢測儀的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法

2.1 編碼器檢測儀系統(tǒng)框圖

編碼器檢測儀系統(tǒng)框圖見圖3，由編碼器控制板輸入、輸出2個(gè)部分組成。

圖3 編碼器檢測儀系統(tǒng)框圖

編碼器控制板輸入部分：接收從編碼器輸出的信號，經(jīng)過CPU處理后將編碼器信號轉(zhuǎn)換為度數(shù)，顯示在數(shù)碼管上。

編碼器控制板輸出部分：輸出控制信號，控制直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)，直流電機(jī)驅(qū)動編碼器旋轉(zhuǎn)。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

編碼器檢測儀硬件設(shè)計(jì)框圖見圖4，由輸入、處理、輸出3個(gè)部分組成。

圖4 編碼器檢測儀硬件設(shè)計(jì)框圖

輸入部分：編碼器信號電壓為24V，而單板上CPU工作電壓為5V，且24V和5V為單獨(dú)電源，不能共地，所以采用了電平隔離變換電路，把24V信號轉(zhuǎn)換為5V信號輸入給CPU。

處理部分：主要由軟件控制完成。

輸出部分：分為顯示部分和電機(jī)控制部分。顯示部分為CPU控制3個(gè)8位數(shù)碼管，通過數(shù)碼管顯示不同的十進(jìn)制字符來表示編碼器的度數(shù)。編碼器的轉(zhuǎn)動動力由直流電機(jī)提供，設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速后，CPU控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，再通過齒輪傳動從而控制編碼器旋轉(zhuǎn)［4］。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

絕對值編碼器信號輸出為8路I／O信號，需要將編碼器信號轉(zhuǎn)換為3位度數(shù)。格雷碼值的特點(diǎn)是第1個(gè)值和第2個(gè)值只有1位變化，且在一定碼距內(nèi)具有對稱性，不是依次增加或依次減小的，所以需要將8位格雷碼轉(zhuǎn)換為按一定順序排列的數(shù)值。具體設(shè)計(jì)思路如下。

編碼器輸出為EN0～EN7，EN7為高位，EN0為低位；轉(zhuǎn)換后的輸出為OUT0～OUT7，OUT7為高位，OUT0為低位，OUT值由高位至低位重新排列。將輸出的OUT0～OUT7重新組合成1個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，即將格雷碼35H變?yōu)楫惢蛑?6H，設(shè)定26H對應(yīng)角度值為0°、對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為38（角度值為10進(jìn)制數(shù)），將新異或值化為十進(jìn)制數(shù)后減去38，結(jié)果再乘以2即為角度值（因?yàn)楫惢蛑档慕Y(jié)果每增加1，角度值增加2°），最后用3位數(shù)碼管將角度值顯示出來。表1為異或值算法示意；表2為格雷碼值、異或值與曲軸角度的對應(yīng)關(guān)系。

表1 異或值算法

表2 格雷碼值、異或值與曲軸角度的對應(yīng)關(guān)系

3 應(yīng)用案例分析

使用RED－1型編碼器測試儀進(jìn)行實(shí)際檢測，可實(shí)現(xiàn)在編碼器裝配織機(jī)前即可對其質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行檢測的目的。入廠檢驗(yàn)人員利用RED－1型檢測儀對制造廠家提供的60套光電式編碼器進(jìn)行檢驗(yàn)，有4套編碼器在檢測過程中出現(xiàn)無規(guī)律的編碼角度跳動問題，顯示46—48—50—62—64—66—74……（應(yīng)該以2°為單位連續(xù)顯示），拆卸編碼器時(shí)發(fā)現(xiàn)軸頭晃動（1套），拆開編碼器后發(fā)現(xiàn)圓光柵碼盤碎裂（4套，系安裝或搬運(yùn)過程中外力造成編碼器損傷），編碼角度無法正常檢測，導(dǎo)致編碼器輸出異常，通過更換新的光柵碼盤，該問題得以解決。通過使用RED－1型編碼器檢測儀對新購編碼器進(jìn)行檢驗(yàn)，按照總機(jī)臺數(shù)500臺／年，裝調(diào)故障率8%～10%，返工維修及復(fù)裝工時(shí)18工時(shí)／套（10元／工時(shí)）計(jì)，由此一項(xiàng)，可為公司減少經(jīng)濟(jì)損失7 200～9 000元。不僅從源頭上杜絕了由于編碼器質(zhì)量缺陷給織機(jī)裝配帶來的問題，而且提升了織機(jī)的裝配生產(chǎn)效率，提高了整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量。

通過使用RED－1型編碼器檢測儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)隨著編碼器使用年限的增加，其光柵碼盤在紡織廠棉絮、粉塵、高溫、高濕的惡劣環(huán)境中容易受到污染或損壞。例如：某臺織機(jī)多次出現(xiàn)“故障520”，即織機(jī)啟動時(shí)，0°（TM0）和40°信號（TM40）都沒有輸入到ELO單元上，檢查0°和40°信號線后未發(fā)現(xiàn)異常，再通過檢測儀對該編碼器進(jìn)行檢測，0°和40°角度值缺失，致使0°和40°定時(shí)信號無法正常輸出，將該編碼器打開后，發(fā)現(xiàn)光柵碼盤被棉絮覆蓋，導(dǎo)致光電傳感器無法檢測到感光信號，致使編碼器輸出異常。通過對光柵碼盤及編碼器內(nèi)部進(jìn)行清潔，并在軸頸上加裝密封圈，增強(qiáng)了編碼器的密封性，使得該機(jī)臺編碼器故障解除。另外，通過RED－1型編碼器檢測儀現(xiàn)場檢測實(shí)踐，在很大程度上降低了由于場地及檢測手段限制所帶來的編碼器故障誤判的可能性［5］。

4 結(jié)語

通過設(shè)計(jì)及使用RED－1型編碼器檢測儀，在入廠檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中，檢驗(yàn)人員可對待入廠的編碼器（關(guān)鍵件）進(jìn)行100%的檢驗(yàn)，從織機(jī)裝配的源頭杜絕后續(xù)質(zhì)量事故的發(fā)生，不僅提升了織機(jī)的裝配效率，而且提高了整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量；通過現(xiàn)場檢測實(shí)踐，用戶可以快速、準(zhǔn)確的定位編碼器的故障問題，降低了由于場地及檢測手段限制而造成的編碼器故障誤判的問題，提高了織機(jī)的織造效率。隨著RED－1型編碼器檢測儀的推廣及使用，其不僅能提高織機(jī)制造廠家的整機(jī)裝配質(zhì)量，而且能為織布廠家節(jié)省了維護(hù)成本，具有較好的市場前景。

［1］嚴(yán)鶴群，戴繼光.噴氣織機(jī)原理與使用［M］.2版.北京：中國紡織出版社，2006.

［2］李繼生，強(qiáng)勇，封軍川.PZK500型噴氣織機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.棉紡織技術(shù)，2010，38（2）：59－60.

［3］孟欽.光電式編碼器的原理及使用［J］.上海紡織科技，2012（9）：46－48.

［4］金建新.增量式光電脈沖編碼器的單片機(jī)計(jì)數(shù)器［J］.元器件與應(yīng)用，1999（10）：27－29.

［5］王華，李娜，李保厚.噴氣織機(jī)電磁閥檢測儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.棉紡織技術(shù)，2012，40（10）：63－65.