一种直捻机气圈形态检测装置及帘子线直捻机控制方法

1.本发明属于帘子线生产技术领域，具体涉及一种直捻机气圈形态检测装置及控制方法。


背景技术：

2.帘子线直捻机是一种先进的纺织机械，它可以有效地将纱线经过精细的捻合和卷曲，从而实现高质量的产品。在制造帘子线的过程中，通过捻合，纱线原料纱之间的摩擦力得到了增加，使得原料纱紧密地捻合在一起，提高了纱线的断裂强度、耐磨性等性能。
3.在整个帘子线直捻机的生产工艺中，能耗成本是所有成本中最高的。长期以来，减少帘子线生产的成本一直是纺织行业的一大课题，其中，直捻机能量消耗的主体为实现捻合功能的锭子。直捻机工作时，锭子带动外纱旋转，在匀捻机和捻合盘之间形成纱线气圈。纱线气圈完成输送与回转运动需要克服空气阻力和摩擦力。在生产工艺中的纱线品种及工作速度确定的情况下，其纱线气圈形态大小与能耗密切相关。
4.为了减少捻合过程中的能耗，帘子线直捻机通常采用主动送纱装置控制外纱气圈的形态，但这种方式会使储纱盘对外纱气圈张力的自动调整失败，引起纱线气圈的不稳定，并最终影响帘子线的质量。因此生产中为了减少能耗，需要通过控制系统对外纱气圈形态进行闭环控制，主动控制气圈形态，同时维持气圈稳定。针对该问题，本章设计了帘子线直捻机外纱气圈的稳态控制系统，对气圈形态变化实时监控与控制。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种直捻机气圈形态检测装置及帘子线直捻机控制方法；本发明通过控制步进电机的送纱速度来对气圈形态的大小进行主动控制，同时采用红外传感器检测气圈半径，霍尔传感器检测实时锭速，采用pid控制器对送纱电机的转速进行闭环控制，实时调节气圈的形态，能够有效抑制直捻机主动送纱时气圈的波动，降低断纱的概率，进而保证捻线的品质。
6.第一方面，本发明提供一种直捻机气圈形态检测装置，包括气圈形态传感器；气圈形态传感器包括相互正对红外发射器和红外接收器。红外发射器、红外接收器的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线异面垂直，且与直捻机工作过程形成的气圈相交。在直捻机工作过程中，形成气圈的纱线每转动一周触发两次气圈形态传感器。
7.该直捻机气圈形态检测装置检测气圈形态的过程为：
8.步骤一、记录形成气圈的纱线转动一周两次触发气圈形态传感器的时间间隔t1。
9.步骤二、计算气圈半径如下：
[0010][0011]
其中，l1为红外发射器、红外接收器的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线的
间距。ω为直捻机中用于加捻的锭子的角速度。
[0012]
作为优选，该直捻机气圈形态检测装置还包括用于检测锭子的角速度ω的锭子转速传感器。
[0013]
作为优选，所述的锭子转速传感器采用霍尔传感器。
[0014]
作为优选，所述的红外发射器、红外接收器的连线与直捻机工作过程形成的气圈的形态波动最大处平齐。
[0015]
第二方面，一种应用纱线气圈稳态控制系统的帘子线直捻机，包括主控制器、送纱控制器、机架，以及安装在机架上的纱线输出组件、纱线加捻组件、气圈形态传感器和筒纱绕卷组件。
[0016]
所述的纱线输出组件用于输出外纱和内纱，其包括外纱锭、外纱卷装、导纱器、导纱轮、送纱电机、外纱张力器和内纱卷装、锭罐和内纱张力器。外纱锭和锭罐均安装在机架上。外纱卷装安装在外纱锭。内纱卷装安装在锭罐内。送纱电机由送纱控制器控制。
[0017]
所述的纱线加捻组件用于对两条外纱和一条内纱进行捻合，形成捻线。纱线加捻组件包括锭子、锭子电机、储纱盘、捻合盘和匀捻器。锭子、储纱盘、捻合盘和锭罐同轴设置。锭子由锭子电机驱动，并由锭子转速传感器检测转速。
[0018]
所述的气圈形态传感器包括红外发射器和红外接收器。红外发射器和红外接收器相互正对，且均安装在机架上。红外发射器、红外接收器的连线与锭子的轴线异面垂直。红外发射器与红外接收器的连线与直捻机工作过程形成的气圈的形态波动最大处平齐。在形成气圈的外纱转动的过程中，气圈每转动一周，外纱均在红外发射器与红外接收器之间经过两次。
[0019]
工作过程中，外纱卷装输出的外纱穿过导纱器和导纱轮，卷绕在送纱电机驱动的送纱轮上；从送纱轮上绕出的外纱经过外纱张力器，从锭子的底部进入储纱盘，外纱从储纱盘出口引出至储纱盘，产生捻回。缠绕在储纱盘上产生包角的外纱经过捻合盘后抵达匀捻器导纱孔。锭子带动外纱旋转，在捻合盘与匀捻器之间形成气圈。
[0020]
同时，位于锭罐中的内纱卷装上的内纱由内纱张力器引出到匀捻器与外纱汇合，在匀捻器的作用下捻合，形成捻线，输出至筒纱绕卷组件。
[0021]
作为优选，该应用纱线气圈稳态控制系统的帘子线直捻机还包括用于设定参数的触摸屏。
[0022]
作为优选，该应用纱线气圈稳态控制系统的帘子线直捻机还包括空心引纱管。空心引纱管设置在送纱轮与锭子之间；从送纱轮上绕出的外纱穿过空心引纱管后连接至锭子。
[0023]
作为优选，所述的红外发射器、红外接收器的连线与锭罐的轴线的间距l1的取值范围为ra《l1《r
s,min
；其中，ra为锭罐的半径；r
s,min
为气圈在被测位置的最小半径。红外发射器与红外接收器的间距l
22
＞2(r
s,max2-l
12
)；r
s,max
为气圈在被测位置的最大半径。
[0024]
作为优选，所述的筒纱绕卷组件用于将纱线加捻组件输出的捻线绕卷在纱筒上，其包括超喂电机、张力传感器、导纱轮、摩擦滚筒和卷取滚筒。工作过程中，纱线加捻组件输出的捻线导入张力传感器，经过超喂电机驱动的超喂轮后到达卷绕区。张力传感器实时检测捻线是否断纱。导纱器往复运动，使得捻线交叉卷绕在卷取滚筒上。
[0025]
第三方面，本发明提供前述的帘子线直捻机的纱线气圈稳态控制方法，其包括以
下步骤：
[0026]
步骤一、设定被测位置的气圈半径。
[0027]
步骤二、在帘子线直捻机运行过程中，主控制器实时采样和处理气圈形态传感器、锭子转速传感器输出的数据，计算得到被测位置的气圈半径r如下：
[0028][0029]
其中，l1为红外发射器、红外接收器的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线的间距。ω为直捻机中用于加捻的锭子的角速度。t1为形成气圈的纱线转动一周的过程中气圈形态传感器两次触发的时间间隔。
[0030]
计算偏差信号e(t)如下：
[0031]
e(t)＝r(t)-y(t)
[0032]
其中，r(t)为步骤一中设定的气圈半径；y(t)为本步骤中计算得到的气圈半径r。
[0033]
步骤三、将计算所得的偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算，得到pid控制信号u(t)。送纱控制器将pid控制信号u(t)输送至送纱电机的电机驱动器，使得被测位置的气圈半径维持在步骤一的设定值。
[0034]
上述技术方案可以看出，本发明的有益效果在于：
[0035]
1、本发明使用红外传感器作为气圈形态传感器，利用纱线两次触发红外传感器的间隔换算得到气圈半径，从而分析纱线的状态；该种气圈形态检测方式仅需要增设一组红外传感器即可实现气圈的非接触检测，成本较低，适用范围广泛。
[0036]
2、本发明通过对帘子线直捻机的纱线气圈形态变化进行实时监控和调整，在减少帘子线加工能耗的同时保证了纱线气圈的稳定性，有效抑制直捻机主动送纱时气圈的波动，降低断纱的概率，进而保证捻线的品质。
[0037]
3、本发明在锭子转速传感器的选择上使用了霍尔传感器，在满足实际要求的基础上，不仅更加经济，而且能够保证设备的稳定性和可靠性。
[0038]
4、本发明设置了触摸屏，用户可以通过触摸屏配置和查看锭子的工艺参数和生产信息，实现了人机交互功能，提高了应用性。
附图说明
[0039]
图1是本发明提供的帘子线直捻机的结构示意图。
[0040]
图2是本发明提供的帘子线直捻机的控制示意图。
[0041]
图3是本发明提供的帘子线直捻机进行气圈形态控制的流程图。
[0042]
图4是本发明中送纱电机的闭环控制流程图。
[0043]
图5是本发明中送纱电机的pid控制原理图。
[0044]
图6是本发明中气圈形态传感器的安装示意图。
[0045]
图7是本发明中气圈形态传感器测量纱线气圈半径的原理图。
[0046]
图8是本发明中气圈形态传感器信号滤波算法流程图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
如图1和2所示，一种应用气圈形态检测装置的帘子线直捻机，包括主控制器(未图示)、送纱控制器(未图示)、触摸屏(未图示)、机架1，以及安装在机架1上的纱线输出组件、空心引纱管8、纱线加捻组件、气圈形态传感器和筒纱绕卷组件。气圈形态传感器和纱线加捻组件中的锭速传感器相配合，作为气圈形态检测装置。
[0049]
纱线输出组件用于输出外纱5和内纱16，其包括外纱锭、外纱卷装2、导纱器3、导纱轮4、送纱电机6、外纱张力器7和内纱卷装12、锭罐13和内纱张力器17。两个外纱锭转动连接在机架上，一个锭罐13均固定在机架上。两个外纱卷装2分别安装在两个外纱锭上。两个外纱卷装2均用于输出外纱2。内纱卷装12安装在锭罐13内，用于输出内纱16。送纱电机6采用步进电机。通过控制送纱电机6的送纱速度来对气圈形态的大小进行主动控制。
[0050]
纱线加捻组件用于对两条外纱5和一条内纱16进行捻合，形成捻线22。纱线加捻组件包括锭子、锭子电机9、储纱盘10、捻合盘11和匀捻器18。锭子、储纱盘10、锭罐13和捻合盘11同轴设置。锭子、储纱盘10和锭罐13固定在一起。锭子电机9上安装有霍尔传感器作为锭子转速传感器，用于采集锭子电机9的实时转速。
[0051]
筒纱绕卷组件用于将纱线加捻组件输出的捻线22绕卷在纱筒上，其包括超喂电机19、张力传感器20、导纱轮21、摩擦滚筒23和卷取滚筒24。
[0052]
工作过程中，两个载有未捻合的外纱卷装2；外纱卷装2输出的外纱5穿过导纱器3和导纱轮4，卷绕在送纱电机6驱动的送纱轮上，在送纱电机6的作用下，外纱5经过外纱张力器7，通过空心引纱管8从锭子电机9驱动的锭子的底部进入储纱盘10，从储纱盘10出口被引出在储纱盘10上产生捻回。缠绕在储纱盘10上产生包角的外纱5经过捻合盘11直接抵达匀捻器18导纱孔。锭子电机9带动外纱5高速旋转，在捻合盘11与匀捻器18之间形成气圈。
[0053]
同时，位于锭罐13中的内纱卷装12上的内纱16由内纱张力器17引出到匀捻器18与外纱5汇合，在匀捻器18的作用下捻合，形成捻线22。捻线22导入张力传感器20，经过超喂电机19到达卷绕区。张力传感器20实时检测捻线22是否断纱，保证捻线22的品质。导纱器21有节奏的往复运动，使得捻线22交叉卷绕在纱筒上，得到帘子线的成品。
[0054]
如图6和7所示，气圈形态传感器包括红外发射器14和红外接收器15。红外发射器14和红外接收器15相互正对，且均安装在机架1上。红外发射器14、红外接收器15之间的红外检测线(即红外发射器14与红外接收器15的连线)与纱线加捻组件中的锭罐13的轴线异面垂直。红外发射器14和红外接收器15的连线与工作过程中形成的气圈的形态波动最大处平齐(即红外发射器14和红外接收器15均处于捻合盘11与匀捻器18的中间平面上)，该位置下气圈的形态变化更容易检测。气圈形态波动最大处位于气圈最大半径位置下方15-25mm处，气圈最大半径位置可通过肉眼大致确定，气圈形态传感器安装高度可根据具体气圈形态进行调节。气圈形态波动最大处即为气圈的被测位置；根据被测位置的气圈直径即可确定气圈的整体形态。
[0055]
红外发射器14、红外接收器15之间的红外检测线与锭罐13的轴线的间距l1的取值
范围为ra《l1《r
s,min
；其中，ra为锭罐13的半径；r
s,min
为气圈在被测位置的最小半径。红外发射器14与红外接收器15的间距l
22
＞2(r
s,max2-l
12
)；r
s,max
为气圈在被测位置的最大半径。
[0056]
在气圈转动的过程中，气圈每转动一周，外纱均在红外发射器14与红外接收器15之间经过两次，即气圈形态传感器被触发两次。本实施例利用气圈形态传感器两次触发的时间差判断当前的气圈半径。
[0057]
本实施例中，送纱电机6作为主动送纱装置，安装在外纱张力器7和导纱器3之间的纱路上，由送纱控制器控制。主控制器和送纱控制器共同构成气圈形态控制系统。主控制器、气圈形态传感器和锭子转速传感器共同构成气圈形态检测系统。主控制器通过rs485通信总线连接送纱控制器，控制送纱电机6的转速。
[0058]
气圈形态传感器实时检测气圈半径。气圈半径与锭子电机9的实时转速组合作为控制系统的输入量，实现气圈的闭环控制。主控制器由用户输入预设的工艺参数，实时计算每次需要的送纱电机6转速，将计算所得控制参数传输给送纱电机6控制器，实现送纱电机6的实时控制。主控制器还会根据预设参数以及中断信号自动启停。研发人员通过上位机配置和查看主控制器的参数，用户通过触摸屏可以配置和查看锭子的工艺参数和生产信息。
[0059]
如图3和4所示，该帘子线直捻机的工作过程包括启动阶段和平稳阶段；该两个阶段的需要采取不同的控制方法，各阶段控制方法如下：
[0060]
启动阶段，在锭子电机9加速到设定转速之前，送纱电机6未被激活，此时送纱电机6上的送纱轮由纱线被动拉动。当锭子电机9加速到设定转速并稳定后，主控制器根据设定的纱线捻度、纱线密度、气圈大小和锭子转速计算出送纱电机6的目标转速，然后将控制参数传入送纱控制器，控制送纱电机6在设定的加速时间内使得外纱5在捻合盘11与匀捻器18之间达到目标气圈形态。在送纱电机6加速的过程中，根据气圈形态传感器和锭子转速传感器实时检测气圈的形态来对送纱电机6进行调速，进而减小启动阶段的过度控制。
[0061]
平稳阶段，根据实际情况设置控制频率，控制系统将气圈形态传感器和电机转速传感器测得参数组合为控制参数，与预设值进行比较后将控制参数传入送纱控制器，控制送纱电机6转速以改变外纱纱线气圈的形态，同时根据气圈形态传感器和锭子转速传感器实时检测气圈的形态来对送纱电机6进行调速。实现主动控制纱线气圈形态的同时，保证气圈的稳定性。
[0062]
接下来结合图4和图5对作气圈形态控制系统进行阐述。
[0063]
气圈形态的大小通过控制送纱电机6的送纱速度来进行主动控制。锭子电机9启动后，主控制器开始发送控制信号到送纱控制器；送纱控制器发送信号激活送纱电机6对应的电机驱动器，并开始接收送纱电机6的反馈频率。送纱控制器内的单片机将主控制器发送的控制信号参数与送纱电机6的反馈信号结合，计算所得脉冲信号通过通讯传输到送纱电机6对应的电机驱动器。送纱电机6对应的电机驱动器根据收到的脉冲信号对送纱电机6的转速进行控制。
[0064]
考虑商业应用的情况，送纱控制器通过pid控制算法对送纱电机6进行控制，具体过程为：将系统预设值与实际检测值进行比较，得到的差值进行三种算法运算并且和与之相对应的系数相乘，最后的得到的值组合成为新的控制系统输入量，并根据该输入量对送纱电机6的输出量进行控制。
[0065]
本实施例中使用的pid控制算法如图5所示。其中，r(t)为原始输入量，e(t)为偏差
信号，u(t)为送纱控制器输出的控制信号，为系统的输出量。
[0066]
偏差信号e(t)表示为系统预设值与实际检测值之间的差值，如下式(1)所示：
[0067]
e(t)＝r(t)-y(t) (1)
[0068]
对计算所得的插值进行比例、积分和微分运算，得到连续控制的理想pid控制规律：
[0069][0070]
式中：k
p
为比例积分，ti为积分时间常数，td为微分时间常数。
[0071]
在实际工程中，为了得到每个采样时刻的控制输入量，需要离散化处理连续时间下的pid控制结果，具体的方法为：通过预设的采样周期(如kt)来表示连续时间t，从而将pid控制转化为数字形式。在pid控制器中，可以通过矩形数值积分的向后差分运算来求解其中的积分运算和微分运算。这些离散化的方法可以有效地对pid控制进行数字化处理，使其能够适用于控制系统中，即：
[0072][0073]
可以得到pid控制输入表达式为：
[0074][0075]
上述pid控制算法被称为位置式pid控制算法。该算法每次计算所得的输出控制参数需要对进行累加计算。因此每次的控制参数都与上一次的状态有关，这会导致运算工作量大，并且容易出现积分饱和等问题。而增量式pid控制算法可以减少系统负担、提高控制效果，并且能够更快速地响应偏差变化，具有更好的控制性能。
[0076]
对上述pid系统进行离散化，把连续状态的式(4)进行整理，得到增量式pid：
[0077][0078]
其中：k为采样的序号，u(k)为控制增量。
[0079]
在实际工程运用中，控制量δu(k)只和k次的采样数据有关，相比位置式pid控制的误差一直累计，有更好的控制效果。
[0080]
当前工程中的pid参数整定方法主要为工程整定和理论建模计算两种。其中，理论建模计算需要精确的模型支持，通过计算确定pid的参数。但是在工程中绝大部分难以建立一个适合计算的模型，且通过该方法计算所得参数也不能直接使用，还需要后续进行调整。因此，控制系统的pid控制参数由研发人员使用交互显示屏进行调整，通过rs485传输到主控制器，再传输给步进电机的pid控制器。在对pid的三个参数进行调整时，参数的值直接在
工程中直接调整，流程如下：
[0081]
先对控制系统预设一个较短的采样周期并开始工作。
[0082]
将调整k
p
直至气圈能控制在目标形态附近，此时积分参数ti和微分参数td均设置为0，记录下采样周期内气圈控制系统工作时的比例系数k
pmax
和临界震荡周期p。
[0083]
根据经验公式，得到pid三个参数为：
[0084][0085]
由于不同的控制系统其被控变量和输入变量存在差异，以上得到的理论参数仍然不能直接使用，仍然需要在工程实际中根据气圈的波动曲线对参数进行不断修改和完善，通过试错得到最优的参数。
[0086]
接下来结合图6、图7和图8对气圈形态传感器检测气圈进行阐述。
[0087]
气圈形态传感器采用红外传感器(即红外接收器15和红外发射器14)来对纱线气圈的形态进行采集。
[0088]
红外接收器15、光电转换模块、滤波模块、电信号放大模块和主控制器依次相连；工作过程中，红外接收器15检测的光学信号经过光电转换模块转换成电信号；滤波模块的对光电转换输出的电信号进行滤波；电信号放大模块对滤波模块输出的电信号进行放大，转换成能够被识别的脉冲信号，输送至主控制器。
[0089]
外纱5随着锭子旋转，锭子的转速为ω，由锭子转速传感器检测得到。外纱5每旋转一圈切割红外线两次，红外传感器记录下两次切割之间的时间间隔为t1。红外传感器能够得到两个间隔时间，取两个间隔时间中较短的那个间隔时间作为t1。由于红外传感器的设置高度已知，通过测量能够得到红外线距离锭子中心距离，记为l1。
[0090]
计算可得到外纱5两次切割红外传感线之间所旋转的角度β为：
[0091]
β＝ω
·
t
1 (7)
[0092]
此时，该位置下的气圈半径为：
[0093][0094]
为了实现对红外传感器信号的平滑过渡并消除干扰噪声，选择采用“去极值平均滤波法”，即剔除红外传感器信号中偏差过大的最大值和最小值，再求得剩余检测的n-2个张力信号的算术平均值，如图8所示为流程图。
[0095]
信号滤波具体实现方法如下：不间断地检测n个红外传感器模拟信号量，记录下这些信号中的最大值和最小值，并将它们从信号集合中剔除。之后，对剩余的n-2个信号进行求平均操作，得到当前时刻的红外传感器的输出信号。采用该滤波算法，能够有效提高系统的可靠性和稳定性，确保红外传感器信号的准确采集和传输，为相关应用提供了可靠的数据支持。
[0096]
帘子线直捻机正常工作时，锭子的转速通常在7000r/min～9000r/min之间。考虑到系统的响应时间和控制效果，n的取值随着锭子的转速变化，保持控制频率在0.5s左右一次。由于滤波后得到的电信号电压并不能由控制器直接采集，需要对输出信号进行有效放
大。在设计电路时，加入小电压放大电路。考虑输入失调电压、零点漂移和温度漂移等因素，并选择适合的放大器，对输出的电信号进行放大，转换成能够被识别的脉冲信号，输送至主控制器。
[0097]
由于常规锭子电机9转速精度较低，故本实施例使用锭子转速传感器对锭子电机9的转速进行实时采集。锭子转速传感器具体采用选择霍尔传感器；利用霍尔传感器两次触发的时间差实现锭子电机9的转速检测。主控制器的数据寄存器每次消耗1μs对信号进行计数，可得锭子电机9的霍尔信号周期t的计算公式为：
[0098]
t＝cnt+n*65536 (9)
[0099]
式(9)中，cnt为主控制器数据寄存器的值，n为计数器溢出的次数。
[0100]
由此可得锭子电机的转速n的计算公式为：
[0101]
n＝60/t (10)
[0102]
主控制器在气圈稳态控制系统中起到的作用主要是接收来自传感器和执行器的反馈信息，然后对这些信息进行处理和分析，生成适当的控制信号来调整执行器的操作，从而实现对控制过程的有效控制。锭位启动后，主控制器开始发送控制信号到步进电机的控制器，控制器发送信号激活步进电机的驱动器，并开始接收步进电机的反馈频率。控制器内的单片机将主控制器发送的控制信号参数与步进电机的反馈信号结合，计算所得脉冲信号通过通讯传输到步进电机的驱动器。步进电机的驱动器根据收到的脉冲信号对步进电机的转速进行精确控制。
[0103]
需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0104]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，randomaccess memory)、磁盘或光盘等。
[0105]
以上对本发明实施例所提供的一种直捻机气圈形态检测装置及帘子线直捻机进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种直捻机气圈形态检测装置，包括气圈形态传感器；其特征在于：所述的气圈形态传感器包括相互正对红外发射器(14)和红外接收器(15)；红外发射器(14)、红外接收器(15)的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线异面垂直，且与直捻机工作过程形成的气圈相交；在直捻机工作过程中，形成气圈的纱线每转动一周触发两次气圈形态传感器；该直捻机气圈形态检测装置检测气圈形态的过程为：步骤一、记录形成气圈的纱线转动一周两次触发气圈形态传感器的时间间隔t1；步骤二、计算气圈半径如下：其中，l1为红外发射器(14)、红外接收器(15)的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线的间距；ω为直捻机中用于加捻的锭子的角速度。2.根据权利要求1所述的一种直捻机气圈形态检测装置，其特征在于：还包括用于检测锭子的角速度ω的锭子转速传感器。3.根据权利要求2所述的一种直捻机气圈形态检测装置，其特征在于：所述的锭子转速传感器采用霍尔传感器。4.根据权利要求2所述的一种直捻机气圈形态检测装置，其特征在于：所述的红外发射器、红外接收器的连线与直捻机工作过程形成的气圈的形态波动最大处平齐。5.一种帘子线直捻机，包括主控制器、送纱控制器、机架(1)，以及安装在机架(1)上的纱线输出组件、纱线加捻组件、气圈形态传感器和筒纱绕卷组件；其特征在于：所述的纱线输出组件用于输出外纱(5)和内纱(16)，其包括外纱锭、外纱卷装(2)、导纱器(3)、导纱轮(4)、送纱电机(6)、外纱张力器(7)和内纱卷装(12)、锭罐(13)和内纱张力器(17)；外纱锭和锭罐(13)均安装在机架上；外纱卷装(2)安装在外纱锭；内纱卷装(12)安装在锭罐(13)内；送纱电机(6)由送纱控制器控制；所述的纱线加捻组件用于对两条外纱(5)和一条内纱(16)进行捻合，形成捻线(22)；纱线加捻组件包括锭子、锭子电机(9)、储纱盘(10)、捻合盘(11)和匀捻器(18)；锭子、储纱盘(10)、捻合盘(11)和锭罐(13)同轴设置；锭子由锭子电机(9)驱动，并由锭子转速传感器检测转速；所述的气圈形态传感器包括红外发射器(14)和红外接收器(15)；红外发射器(14)和红外接收器(15)相互正对，且均安装在机架(1)上；红外发射器(14)、红外接收器(15)的连线与锭子的轴线异面垂直；红外发射器(14)与红外接收器(15)的连线与直捻机工作过程形成的气圈的形态波动最大处平齐；在形成气圈的外纱(5)转动的过程中，气圈每转动一周，外纱均在红外发射器(14)与红外接收器(15)之间经过两次；工作过程中，外纱卷装(2)输出的外纱(5)穿过导纱器(3)和导纱轮(4)，卷绕在送纱电机(6)驱动的送纱轮上；从送纱轮上绕出的外纱(5)经过外纱张力器(7)，从锭子的底部进入储纱盘(10)，外纱(5)从储纱盘(10)出口引出至储纱盘(10)，产生捻回；缠绕在储纱盘(10)上产生包角的外纱(5)经过捻合盘(11)后抵达匀捻器(18)导纱孔；锭子带动外纱(5)旋转，在捻合盘(11)与匀捻器(18)之间形成气圈；同时，位于锭罐(13)中的内纱卷装(12)上的内纱(16)由内纱张力器(17)引出到匀捻器
(18)与外纱(5)汇合，在匀捻器(18)的作用下捻合，形成捻线(22)，输出至筒纱绕卷组件。6.根据权利要求5所述的一种帘子线直捻机，其特征在于：还包括用于设定参数的触摸屏。7.根据权利要求5所述的一种帘子线直捻机，其特征在于：该帘子线直捻机还包括空心引纱管(8)；空心引纱管(8)设置在送纱轮与锭子之间；从送纱轮上绕出的外纱(5)穿过空心引纱管(8)后连接至锭子。8.根据权利要求5所述的一种帘子线直捻机，其特征在于：所述的红外发射器(14)、红外接收器(15)的连线与锭罐(13)的轴线的间距l1的取值范围为r
a
<l1<r
s,min
；其中，r
a
为锭罐(13)的半径；r
s,min
为气圈在被测位置的最小半径；红外发射器(14)与红外接收器(15)的间距l
22
＞2(r
s,max2-l
12
)；r
s,max
为气圈在被测位置的最大半径。9.根据权利要求5所述的一种帘子线直捻机，其特征在于：所述的筒纱绕卷组件用于将纱线加捻组件输出的捻线(22)绕卷在纱筒上，其包括超喂电机(19)、张力传感器(20)、导纱轮(21)、摩擦滚筒(23)和卷取滚筒(24)；工作过程中，纱线加捻组件输出的捻线导入张力传感器(20)，经过超喂电机(19)驱动的超喂轮后到达卷绕区；张力传感器(20)实时检测捻线(22)是否断纱；导纱器(21)往复运动，使得捻线(22)交叉卷绕在卷取滚筒(24)上。10.如权利要求5所述的一种帘子线直捻机的纱线气圈稳态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、设定被测位置的气圈半径；步骤二、在帘子线直捻机运行过程中，主控制器实时采样和处理气圈形态传感器、锭子转速传感器输出的数据，计算得到被测位置的气圈半径r如下：其中，l1为红外发射器(14)、红外接收器(15)的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线的间距；ω为直捻机中用于加捻的锭子的角速度；t1为形成气圈的纱线转动一周的过程中气圈形态传感器两次触发的时间间隔；计算偏差信号e(t)如下：e(t)＝r(t)-y(t)其中，r(t)为步骤一中设定的气圈半径；y(t)为本步骤中计算得到的气圈半径r；步骤三、将计算所得的偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算，得到pid控制信号u(t)；送纱控制器将pid控制信号u(t)输送至送纱电机的电机驱动器，使得被测位置的气圈半径维持在步骤一的设定值。

技术总结
本发明公开了一种直捻机气圈形态检测装置及帘子线直捻机控制方法。该直捻机气圈形态检测装置，包括气圈形态传感器；气圈形态传感器包括相互正对红外发射器和红外接收器。红外发射器、红外接收器的连线与直捻机中用于加捻的锭子的轴线异面垂直。红外发射器与红外接收器的连线与直捻机工作过程形成的气圈的形态波动最大处平齐。在直捻机工作过程中，形成气圈的纱线每转动一周触发两次气圈形态传感器。本发明使用红外传感器作为气圈形态传感器，利用纱线两次触发红外传感器的间隔换算得到气圈半径，从而分析纱线的状态；该种气圈形态检测方式仅需要增设一组红外传感器即可实现气圈的非接触检测，成本较低，适用范围广泛。适用范围广泛。适用范围广泛。


技术研发人员：张华 林昕康 张向浩 王江涛 盛泰澍
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/9