本發(fā)明涉及紗線恒張力檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

紡紗時，由于錠子高速旋轉(zhuǎn)，使得紗線在離心力作用下圍繞軸線形成氣球狀的軌跡即氣圈，形成氣圈形態(tài)時，紗線保持一定張力。由于張力變化會導(dǎo)致斷紗等現(xiàn)象發(fā)生，因此檢測和控制張力變化對紡紗工程具有重要意義。

目前，紗線運行的異常的監(jiān)控一般通過人工檢測或采用光電傳感器檢測鋼領(lǐng)的運動，進行計數(shù)和脈沖記錄，用以反映紗線運行的異常。在采用人工檢測時需要花費較大的人力資源，且檢測準確率有限，也不能保證問題的及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整。而采用光電傳感器時，可靠性差，數(shù)據(jù)不完整，信息不全面。比如：只能檢測紗線繞制的頻率，卻無法反映出張力變化。當紗線導(dǎo)絲器件因磨損出現(xiàn)掛絲、卡頓時，這一檢測方式是無法發(fā)現(xiàn)的。另外，由于鋼領(lǐng)多為不銹鋼材質(zhì)，而當綱領(lǐng)上的鋼圈也同為不銹鋼材質(zhì)時，光電傳感器無法分辨，導(dǎo)致檢測失效。因此，只能適用于表面發(fā)黑的鋼圈，限制了應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)及方法，用機器視覺方法替代人工巡檢；傳感器融合算法，相互補足和支撐；可對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、報告；具有檢測精度高、使用成本低、易于應(yīng)用推廣和易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)，包括一攝像機、一導(dǎo)軌、一傳動機構(gòu)、多個脈沖傳感器和一控制終端；所述攝像機通過傳動機構(gòu)可沿所述導(dǎo)軌往復(fù)運動地設(shè)置于所述導(dǎo)軌上；所述攝像機、所述傳動機構(gòu)和所述脈沖傳感器與所述控制終端通信連接。

優(yōu)選地，所述傳動機構(gòu)包括一電機、兩同步輪、一同步帶、一攝像機支座；所述同步輪樞接于所述導(dǎo)軌的兩端；所述同步帶套設(shè)于兩所述同步輪上；所述電機固定于所述導(dǎo)軌的一端并與一所述同步輪傳動連接；所述攝像機支座固定于所述同步帶上；所述攝像機固定于所述攝像機支座上，所述電機與所述控制終端通信連接。

優(yōu)選地，還包括一上位機，所述控制終端與所述上位機通信連接。

優(yōu)選地，所述脈沖傳感器采用電渦流高靈敏度傳感器。

一種基于本發(fā)明所述高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)的高分辨率細紗機紗線恒張力檢測方法，包括步驟：

s1：在一目標細紗機上安裝所述高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)；

s2：獲取所述目標細紗機的各紗錠所對應(yīng)的氣圈的圖像數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)；

s3：對所述圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理和分析，獲得一第一分析結(jié)果；分析所述轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲得一第二分析結(jié)果；

s4：結(jié)合分析所述第一分析結(jié)果和所述第二分析結(jié)果，獲得一最終分析結(jié)果；

s5：輸出所述最終分析結(jié)果。

優(yōu)選地，所述s1步驟中：

將所述導(dǎo)軌與所述各紗錠的一排列方向平行并固定于所述目標細紗機；將所述攝像機的鏡頭設(shè)置于所述攝像機靠近所述氣圈的一側(cè)，所述鏡頭的高度與所述氣圈位置對應(yīng)；每一所述紗錠外套設(shè)有一鋼領(lǐng)，且所述鋼領(lǐng)固定于所述目標細紗機的機架上，每一所述鋼領(lǐng)頂部形成的導(dǎo)軌上套設(shè)有一鋼圈，所述鋼圈內(nèi)穿設(shè)有所述氣圈的紗線并可沿所述導(dǎo)軌繞所述鋼領(lǐng)周向回轉(zhuǎn)；將所述脈沖傳感器固定于所述鋼領(lǐng)外側(cè)。

優(yōu)選地，所述s2步驟中：

啟動所述傳動機構(gòu)帶動所述攝像機沿所述導(dǎo)軌往復(fù)運動，采集各所述氣圈的圖像數(shù)據(jù)；同時，收集各所述脈沖傳感器探測所述鋼圈轉(zhuǎn)動情況所產(chǎn)生的脈沖信號，所述轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)包括所述脈沖信號。

優(yōu)選地，所述對所述圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理和分析，獲得一第一分析結(jié)果步驟中進一步包括步驟：

對所述圖像數(shù)據(jù)進行圖像濾波，濾除所述圖像數(shù)據(jù)中的噪聲，獲得一第一初步處理圖像；

根據(jù)所述初步處理圖像中的背景和前景在灰度值上的差異，選擇一圖像二值化算法，分割所述背景和所述前景，并去除所述背景，獲得一第二初步處理圖像；

利用邊緣處理算法提取所述第二初步處理圖像中各所述氣圈的邊緣輪廓；

利用霍夫圓變換處理所述邊緣輪廓，確定所述氣圈的輪廓弧度；

根據(jù)所述輪廓弧度分析所述氣圈的紗線的張力變化，獲得所述第一分析結(jié)果。

優(yōu)選地，所述分析所述轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲得一第二分析結(jié)果步驟中：

當所述脈沖信號的脈沖寬度和脈沖周期都為預(yù)設(shè)值時，所述第二分析結(jié)果為所述鋼圈工作正常；

當所述脈沖信號大約一預(yù)設(shè)時間段無脈沖波形時，所述第二分析結(jié)果為所述鋼圈斷紗；

當所述脈沖信號的所述脈沖寬度和所述脈沖周期為固定值且大于所述預(yù)設(shè)值時，所述第二分析結(jié)果為所述鋼圈卡頓；

當所述脈沖信號的所述脈沖寬度和所述脈沖周期變化時，所述第二分析結(jié)果為所述鋼圈壞損。

優(yōu)選地，所述s5步驟進一步包括步驟：

所述控制終端將所述最終分析結(jié)果發(fā)送給所述上位機；

所述上位機存儲所述最終分析結(jié)果；

當所述最終分析結(jié)果非表示鋼圈工作正常時，所述控制終端生成一異常報告，并將所述異常報告發(fā)送給所述上位機和/或一主控系統(tǒng)。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：

攝像機用于圖像的采集?？刂平K端作為系統(tǒng)的總控制裝置，控制各部件的工作和數(shù)據(jù)的處理。攝像機、傳動機構(gòu)和控制終端的配合為實現(xiàn)對氣圈的視覺動態(tài)信息采集和處理提供了硬件基礎(chǔ)。脈沖傳感器用于采集鋼圈的運行狀態(tài)信息。脈沖傳感器和控制終端的配合為實現(xiàn)根據(jù)脈沖傳感器脈沖占空比的變化，來判斷紗線正常、異常的運行狀態(tài)提供了硬件基礎(chǔ)。機器視覺張力檢測和脈沖傳感器鋼圈檢測的數(shù)據(jù)融合，大幅度提高了檢測的精度、有效性和效率，并具有成本低和易于推廣的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)與細紗機的部分連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的高分辨率細紗機紗線恒張力檢測方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例的鋼圈工作正常時的脈沖信號波形；

圖5為本發(fā)明實施例的鋼圈斷紗時的脈沖信號波形；

圖6為本發(fā)明實施例的鋼圈卡頓時的脈沖信號波形；

圖7為本發(fā)明實施例的鋼圈損壞時的脈沖信號波形。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖1～3，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點。

請參閱圖1和圖2，本發(fā)明實施例的一種高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)，包括一攝像機1、一導(dǎo)軌2、一傳動機構(gòu)3、多個脈沖傳感器4、一控制終端5和一上位機6；攝像機1通過傳動機構(gòu)3可沿導(dǎo)軌2往復(fù)運動地設(shè)置于導(dǎo)軌2上；攝像機1、傳動機構(gòu)3和脈沖傳感器4與控制終端5通信連接?？刂平K端5與上位機6通信連接。本實施例中，脈沖傳感器4采用電渦流高靈敏度傳感器。

傳動機構(gòu)3包括一電機31、兩同步輪32、一同步帶33、一攝像機支座34；同步輪32樞接于導(dǎo)軌2的兩端；同步帶33套設(shè)于兩同步輪32上；電機31固定于導(dǎo)軌2的一端并與一同步輪32傳動連接；攝像機支座34固定于同步帶33上；攝像機1固定于攝像機支座34上，電機31與控制終端5通信連接。

攝像機1用于圖像的采集?？刂平K端5作為系統(tǒng)的總控制裝置，控制各部件的工作和數(shù)據(jù)的處理。攝像機1、傳動機構(gòu)3和控制終端5的配合為實現(xiàn)對氣圈72的視覺動態(tài)信息采集和處理提供了硬件基礎(chǔ)。脈沖傳感器4用于采集鋼圈75的運行狀態(tài)信息。脈沖傳感器4和控制終端5的配合為實現(xiàn)根據(jù)脈沖傳感器4脈沖占空比的變化，來判斷紗線74正常、異常的運行狀態(tài)提供了硬件基礎(chǔ)。

請參閱圖1～圖7，一種基于本實施例高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)的高分辨率細紗機紗線恒張力檢測方法，包括步驟：

s1：在一目標細紗機7上安裝高分辨率細紗機紗線恒張力檢測系統(tǒng)；

將導(dǎo)軌2與各紗錠71的一排列方向平行并固定于目標細紗機7；將攝像機1的鏡頭11設(shè)置于攝像機1靠近氣圈72的一側(cè)，鏡頭11的高度與氣圈72位置對應(yīng)；每一紗錠71外套設(shè)有一鋼領(lǐng)73，且鋼領(lǐng)73固定于目標細紗機7的機架上，每一鋼領(lǐng)73頂部形成的導(dǎo)軌2上套設(shè)有一鋼圈75，鋼圈75內(nèi)穿設(shè)有氣圈72的紗線并可沿導(dǎo)軌2繞鋼領(lǐng)73周向回轉(zhuǎn)；將脈沖傳感器固定于鋼領(lǐng)73外側(cè)。

s2：獲取目標細紗機7的各紗錠71所對應(yīng)的氣圈72的圖像數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)。

啟動傳動機構(gòu)3帶動攝像機1沿導(dǎo)軌2往復(fù)運動，采集各氣圈72的圖像數(shù)據(jù)；同時，收集各脈沖傳感器4探測鋼圈75轉(zhuǎn)動情況所產(chǎn)生的脈沖信號，轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)包括脈沖信號。

s3：對圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理和分析，獲得一第一分析結(jié)果；分析轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲得一第二分析結(jié)果。

其中，對圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理和分析，獲得一第一分析結(jié)果步驟中進一步包括步驟：

(1)、對圖像數(shù)據(jù)進行圖像濾波，濾除圖像數(shù)據(jù)中的噪聲，獲得一第一初步處理圖像。

(2)、根據(jù)初步處理圖像中的背景和前景在灰度值上的差異，選擇一圖像二值化算法，分割背景和前景，并去除背景，獲得一第二初步處理圖像。

(3)、利用邊緣處理算法提取第二初步處理圖像中各氣圈72的邊緣輪廓。

紗線74高速運動時，形成一個以z軸為基準的錐形體，對這些運動中的的紗線74選用如：邊緣檢測、輪廓提取、輪廓跟蹤、插值運算、閾值分割等的邊緣處理算法進行形態(tài)學(xué)圖像處理，然后提取獲得氣圈72的邊緣輪廓。

(4)、利用霍夫圓變換處理邊緣輪廓，確定氣圈72的輪廓弧度。

本實施例中，利用運用opencv軟件進行霍夫圓變換處理，對邊緣輪廓進行分析，確認氣圈72的弧度?；舴驁A的原理依據(jù)是圓心一定是在圓上的每個點的模向量上,這些圓上點模向量的交點就是圓心,霍夫梯度法首先要找到這些圓心,這樣三維的累加平面就又轉(zhuǎn)化為二維累加平面，然后根據(jù)所有候選中心的邊緣非0像素對其的支持程度來確定半徑，由此就可確定氣圈的圓形形態(tài)。當紗線張力發(fā)生任何細微的改變時，都會導(dǎo)致氣圈72霍夫圓的半徑發(fā)生實時變化，即霍夫圓算法就是為了得出這個氣圈72底面的圓的半徑變化。通過對形態(tài)的變化的持續(xù)監(jiān)測，可以感知和計算出張力變化情況。

根據(jù)輪廓弧度分析氣圈72的紗線74的張力變化，獲得第一分析結(jié)果。

分析轉(zhuǎn)動狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲得一第二分析結(jié)果步驟中：

當脈沖信號的脈沖寬度和脈沖周期都為預(yù)設(shè)值時，第二分析結(jié)果為鋼圈75工作正常，此時脈沖信號的波形可參見圖4；

當脈沖信號大約一預(yù)設(shè)時間段無脈沖波形時，第二分析結(jié)果為鋼圈75斷紗，此時脈沖信號的波形可參見圖5；

當脈沖信號的脈沖寬度和脈沖周期為固定值且大于預(yù)設(shè)值時，第二分析結(jié)果為鋼圈75卡頓，此時脈沖信號的波形可參見圖6；

當脈沖信號的脈沖寬度和脈沖周期變化時，第二分析結(jié)果為鋼圈75壞損，此時脈沖信號的波形可參見圖7。

s4：結(jié)合分析第一分析結(jié)果和第二分析結(jié)果，獲得一最終分析結(jié)果；

s5：輸出最終分析結(jié)果。

其中，控制終端5將最終分析結(jié)果發(fā)送給上位機6；

上位機6存儲最終分析結(jié)果；

當最終分析結(jié)果非表示鋼圈75工作正常時，控制終端5生成一異常報告，并將異常報告發(fā)送給上位機6和/或一主控系統(tǒng)。

本發(fā)明通過氣圈形態(tài)進行張力值判定，從而控制張力的變化。

以紗錠71的旋轉(zhuǎn)軸線為z軸，建立圓柱坐標系，此時，紗線74受到張力、空氣阻力、重力、慣性力作用，絲線上的點用坐標(r，θ，z)來表示，其中為方向的單位向量。絲線上各點的向量位置可表示為：絲線切線方向單位向量可表示為在旋轉(zhuǎn)過程中，微元絲段受絲線張力、空氣阻力和重力作用，同時產(chǎn)生三個加速度即向心加速度、相對加速度及科氏加速度。

1)絲線張力

單位絲線所受張力為每單位長度為ds的絲線段所受張力的變化量。

2)空氣阻力

空氣阻力分為法向空氣阻力和切向空氣阻力它們的大小均與絲線沿圓周運動產(chǎn)生的線速度在切線方向和法線方向的速度分量的大小的平方成正比。

(其中為絲線切向方向單位向量。)

(其中為絲線法向方向單位向量。)

3)重力

(m為絲線單位長度的質(zhì)量)

4)向心加速度

由于錠盤作勻速轉(zhuǎn)動，所以牽連加速度只有向心加速度。

5)科氏加速度

由于錠盤作旋轉(zhuǎn)運動，而絲線在旋轉(zhuǎn)坐標內(nèi)又有卷繞速度，所以產(chǎn)生了科氏加速度。

6)相對加速度

根據(jù)牛頓學(xué)第二定律：

即微元絲段ds應(yīng)滿足：

設(shè)無切向阻力影響。將以上各式代入上式，并將其在列出運動方程，可得氣圈的運動學(xué)方程：

t′＝-mgz′-mw²rr′

式中，t為張力；pn為法向空氣阻力系數(shù)；pt為切向空氣阻力系數(shù)；w為紗錠71回轉(zhuǎn)角速度；v為絲線卷繞速度；m為絲線單位長度的質(zhì)量；g為重力加速度；式中“’”表示對ds求微分，ds為微元絲段的長度。

本發(fā)明融合了兩個部分的數(shù)據(jù)：

一是脈沖傳感器4檢測的鋼圈75的運轉(zhuǎn)情況?？刂平K端5的數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)脈沖傳感器4脈沖占空比的變化，來判斷紗線74正常、異常的運行狀態(tài)。二是通過對攝像機1采集的圖像進行霍夫圓算法處理得到的氣圈形態(tài)信息。兩部分數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)娇刂平K端5數(shù)據(jù)融合分析處理，得到最終分析結(jié)果，并將該處理結(jié)果傳輸給上位機，用于生產(chǎn)質(zhì)量追溯；同時有異常的形成計算機數(shù)據(jù)文件記錄傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于同時采用視覺動態(tài)信息和脈沖傳感器采集信息來分析紗線74的氣圈72形態(tài)及鋼圈75運行狀態(tài)，可靠性高，提高了系統(tǒng)整體檢測精度。

以上結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。