電子清紗器光電檢測(cè)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

符小鋒，王國(guó)強(qiáng)，王曉瑞

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

?

?檢測(cè)儀器

電子清紗器光電檢測(cè)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

符小鋒，王國(guó)強(qiáng)，王曉瑞

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

摘要：針對(duì)生產(chǎn)中異色異質(zhì)纖維會(huì)對(duì)布匹表面質(zhì)量造成影響的問(wèn)題，介紹了電子清紗器光電檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)原理與系統(tǒng)組成，并通過(guò)人工制造與人工添加方法，對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)驗(yàn)證測(cè)試，測(cè)試其對(duì)不同紗號(hào)、不同顏色、不同種類(lèi)異纖的反射與透射信號(hào)差異，并據(jù)此分析出紗線直徑與顏色的變化，從而準(zhǔn)確判斷各種異色異質(zhì)纖維。指出：電子清紗器光電檢測(cè)系統(tǒng)采用透射光和反射光聯(lián)合處理技術(shù)，大幅度提升異色異質(zhì)紗疵檢測(cè)靈敏度，具有高可靠性、低成本的優(yōu)勢(shì)，且檢測(cè)準(zhǔn)確率高，清除效果好。

關(guān)鍵詞：電子清紗器；光電檢測(cè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；異色纖維；異質(zhì)纖維；透射；反射；可靠性；清除

0引言

隨著人們對(duì)紡織品、服裝的要求越來(lái)越高，針對(duì)常規(guī)紗疵的紗線檢測(cè)系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的要求。鑒于異色異質(zhì)纖維會(huì)對(duì)布匹表面質(zhì)量造成很大影響，在2007年發(fā)布的烏斯特公報(bào)中，異色異質(zhì)纖維已被正式納入棉紗質(zhì)量的考核指標(biāo)[1]。所以，近幾年來(lái)，清除異色異質(zhì)纖維成為各大科研院所與紡織企業(yè)的重要研究課題。作為國(guó)內(nèi)紡織電子檢測(cè)儀器的領(lǐng)軍企業(yè)，主動(dòng)承擔(dān)攻克難題已成為長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司義不容辭的責(zé)任。

1光電式檢測(cè)原理

光電式檢測(cè)是利用光電傳感器將被測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并結(jié)合信息通訊和處理技術(shù)，完成在線檢測(cè)。當(dāng)紗線在光源和接收器之間運(yùn)行時(shí)，會(huì)遮擋和吸收部分由光源發(fā)出的光線，接收器將接收到的光通量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，當(dāng)有粗細(xì)變化疵點(diǎn)的紗線通過(guò)時(shí)，光通量隨之發(fā)生變化，從而引起輸出信號(hào)幅度的變化，最終完成了一個(gè)由幾何量(平均直徑)的大小決定信號(hào)(電壓)大小的轉(zhuǎn)換過(guò)程。光電式檢測(cè)原理如圖1所示。

2光電式檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

光電式檢測(cè)系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、硬件電路和嵌入式軟件構(gòu)成。其中，光學(xué)系統(tǒng)由光學(xué)透鏡和光組件組成，硬件電路主要由LED光源及其驅(qū)動(dòng)電路、光電探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及控制與處理電路組成[2]。光電式檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

2.2光路設(shè)計(jì)

光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由光學(xué)透鏡構(gòu)成，D1為透射光接收器、D2和D3為反射光接收器。

LED光源射出的錐狀光束經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡后大部分進(jìn)入D1接收器，被光學(xué)透鏡反射的部分光束分別進(jìn)入D2、D3接收器。當(dāng)紗線進(jìn)入U(xiǎn)形紗槽檢測(cè)區(qū)時(shí)，透射出來(lái)的光束入射至紗線表面，由于紗線的遮擋，入射至D1接收器表面的光能量會(huì)隨著紗線線徑的改變而發(fā)生變化[3-4]。在檢測(cè)過(guò)程中，一旦線徑發(fā)生改變，D1接收器的響應(yīng)幅值便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，同時(shí)紗線的表面會(huì)產(chǎn)生一定的反射作用，將部分光能量經(jīng)反射后入射至D2和D3接收器[5]。當(dāng)紗線中存在異色異質(zhì)纖維時(shí)，由于表面光譜反射特性的不同，入射至D2和D3接收器中的光能量會(huì)產(chǎn)生一定的變化從而獲得紗線直徑與顏色(灰度)信息，該變化量以及D1接收器共同決定了當(dāng)前檢測(cè)位置是否存在異色異質(zhì)纖維。

2.3電路設(shè)計(jì)

光電式檢測(cè)應(yīng)用電路如圖4所示。

當(dāng)光照射到光電二極管上時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生電流，當(dāng)入射光的頻譜成分不變時(shí)，產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。在圖4中，光電二極管工作于光致電壓(零偏置)方式。光電二極管上的入射光使之產(chǎn)生的電流Isc從負(fù)極流至正極，由于放大器反相輸入端的輸入阻抗很高，二極管產(chǎn)生的電流將流過(guò)反饋電阻Rf，輸出電壓會(huì)隨著電阻Rf兩端的壓降而變化，在該放大系統(tǒng)的作用下，將電流轉(zhuǎn)換為電壓，即：

式中Vout是運(yùn)放輸出端的電壓；Isc是光電二極管產(chǎn)生的電流；Rf是反饋電阻。圖4中的CRF是電阻Rf的寄生電容和電路板的分布電容。

前置放大電路將微弱的光電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，在實(shí)際處理中進(jìn)一步放大，因此還要進(jìn)行后級(jí)放大電路及調(diào)零電路設(shè)計(jì)，通過(guò)阻容耦合與前置放大電路相連，同時(shí)進(jìn)行濾波、降噪、去耦等優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3光電式檢測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)證

根據(jù)LED光源的光譜特點(diǎn)，選擇紅、黃、藍(lán)、黑4種顏色作為測(cè)試樣本，將這4種顏色分別涂在白色紗線上，依次通過(guò)檢測(cè)區(qū)，經(jīng)測(cè)試，輸出波形的幅度會(huì)產(chǎn)生明顯變化。光電式檢測(cè)電路輸出波形如圖5所示，對(duì)應(yīng)變化率見(jiàn)表1。

由表1可以看出，該系統(tǒng)對(duì)于白色紗線中的異色成分具有高靈敏度的檢測(cè)效果[6]。

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的效果，采用人工制作、人工添加異色紗疵的方法，在KGFA688型自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上進(jìn)行了動(dòng)態(tài)跑紗測(cè)試。根據(jù)實(shí)際異色紗疵的特點(diǎn)，挑選了黑、紅、藍(lán)、棕4種顏色，每種顏色制作10個(gè)長(zhǎng)度不大于5 mm的有色紗疵，當(dāng)紗線以1 km/min的速度運(yùn)行時(shí)，測(cè)試出光電式檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)異色紗疵的檢出率和正切率均達(dá)到98%。

表1光電式檢測(cè)電路輸出波形變化率

根據(jù)異質(zhì)紗疵的特點(diǎn)，通過(guò)人為添加頭發(fā)絲、化纖絲的方法，將系統(tǒng)對(duì)異質(zhì)紗疵的檢出效果進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)對(duì)異質(zhì)紗疵的檢出率和正切率均達(dá)到98%。

由動(dòng)態(tài)跑紗測(cè)試結(jié)果可以看出，電子清紗器光電式檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于異色異質(zhì)紗疵具有較高的鑒別能力，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)使用需求。

4結(jié)語(yǔ)

電子清紗器光電式檢測(cè)系統(tǒng)采用透射光和反射光聯(lián)合處理技術(shù)，使異色異質(zhì)紗疵的檢測(cè)靈敏度大幅度提升，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。該系統(tǒng)具有高可靠性、低成本的優(yōu)勢(shì)，如能廣泛應(yīng)用在電子清紗器中，會(huì)使電子清紗器具備異色異質(zhì)纖維清除能力，且檢測(cè)準(zhǔn)確率高，清除效果好，市場(chǎng)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚俊紅.EYCC112型異纖清紗器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].棉紡織技術(shù)，2013，41 (10)：51-53.

[2] 袁文明.新一代光電式電子清紗器的分析與研究應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào)，1998，19(5)：24-28.

[3] 高雅允，高岳.光電檢測(cè)技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

[4] 羅先和，張廣軍.光電檢測(cè)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995.

[5] 王術(shù)軍，張保洲.LED在線分揀系統(tǒng)的研制[J].半導(dǎo)體光電，2004，25(2)：108-111.

[6] 杜鳳.電子清紗器檢測(cè)頭的設(shè)計(jì)[D].天津大學(xué)，2006.

Research and Application of Photoelectric Detection System of Electronic Yarn Clearer

FU Xiaofeng，WANG Guoqiang，WANG Xiaorui

(Shaanxi Changling Textile Mechtronical Technology Co.,Ltd.,Baoji 721013，China)

Abstract:Aiming at the finding the solution to the production problems of heterochromatic and heterogeneous fiber,which has an impact on the surface quality of the cloth,introduction is done to the photoelectric detection system of the elctronical yarn clearer regarding the detection principle and system composition.The prototype test were dynamic verified by man-made production and production of artificial addition so as to find the signal difference by reflection and transmission of foreign fiber with different count,different color,and different kinds.According to the signal difference,the yarn diameter and color change rate are find out in order to judge the various chromatic heterochromatic and heterogeneous fiber accurately.It is pointed out the photoelectric detection system of the electronic yarn clearer,which combines the transmitted light and reflected light processing technology,greatly enhances heterochromatic and heterogeneous yarn faults detection sensitivity,with the advantages of high reliability,low cost,and high detection accuracy rate,consequently with good cleaning effect.

Key Words:electronic yarn clearer;photoelectric detection;system design;heterochromatic fiber;heterogeneous fiber;transmission;reflection;reliability;removal

收稿日期：2015-09-17

作者簡(jiǎn)介：符小鋒(1985—)，男，陜西寶雞人，助理工程師，長(zhǎng)期從事紡織電子設(shè)備研究開(kāi)發(fā)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TS103.6+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9634(2016)02-0061-03