全自动纱线捻度仪的设计及应用

2015-12-19李凯乐

纺织器材 2015年5期

李凯乐，高鑫

（陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西宝鸡 721013）

0 引言

捻度对纱线结构、物理性能、织物风格有直接影响，是评定纱线等级的重要依据，其主要测试仪器为纱线捻度仪，该仪器主要测定纱线的捻度和捻度不匀率。由于纱线捻度仪自动化程度较高，电气控制较复杂，市场上现有的纱线捻度仪存在连续采样稳定性差、测试精度较低、数据一致性差、操作过程复杂、人机界面美观度欠佳等问题［1］。为了解决上一代捻度仪遗留的问题，长岭纺电公司设计并研制了一款全自动捻度仪，采用ARM嵌入式（主频400 MHz）人机界面智能操作系统，控制单元采用freescale的MC9S12XDP512芯片，系统的抗干扰能力较强，有效保证了产品的可靠性和数据的一致性，测试速度也有所提高，大幅提升了检验人员的测试效率，并实现了真正意义上的全自动化控制，更好满足了用户的实际需求。

1 全自动纱线捻度仪工作原理

1.1 工作原理

全自动纱线捻度仪机械手自动将装好的纱线从换纱架引到右端旋转夹头处，再向下送至旋转夹头中心，带有初始预张力的活动夹头夹住纱线一端，然后机械手慢慢下移喂纱，直到将活动夹头到零位后旋转夹头闭合夹住纱线另一端，机械手回位。旋转夹头转动使纱线退捻，由于纱线伸长活动夹头左移离开零位，纱线退捻完成后旋转夹头继续同方向旋转加捻，纱线缩短直到拉动活动夹头回到零位，此时旋转夹头的转数则为试样长度应具有捻回数的两倍［1］。控制系统将此转数传输到上位机后，由上位机计算试样捻度、变异系数、捻度不匀率、捻度的最大最小值、平均值等参数。整机工作原理见图1。

图1 全自动纱线捻度仪工作原理

1.2 设计思路

1.2.1 组成

全自动纱线捻度仪主要由主机、纱架和预张力砝码组成。主机为台式，安装时置于水平台面上，主要由上位机系统、下位机控制系统、移纱架单元、抓纱喂纱单元、退捻加捻单元、张力单元、取样单元、废纱回收单元等组成。其中，上位机系统即人机交互界面，主要用于纱线参数设计、检测结果计算等；下位机控制系统主要用于配合上位机系统，以控制捻度仪测试过程中的动作运行；移纱架单元、抓纱喂纱单元、退捻加捻单元、张力单元、取样单元、废纱回收单元等分别用于测试过程中移动纱架、抓纱喂纱、退捻加捻、预加张力、纱线取样、回收废纱等动作。

1.2.2 线路设计

线路部分主要作用是驱动控制系统，该系统由驱动控制板、传感器组、驱动器组、电机组和RS232串行通讯口组成，驱动控制与数据采集部分主要通过RS232串口接受上位机的指令控制电机运动，查询传感器组状态，自动完成测试过程并采集数据，向上位机传输采集的数据［3］。

1.2.3 软件设计

全自动纱线捻度仪的监控软件在windows系统下运行，用C＋＋语言编写，主要负责设置测试参数并向驱动控制板发送测试参数和动作控制命令，保证测试的顺利完成，接收驱动控制板返回的捻回数并实时显示，批次结束后计算试样捻度、捻系数、变异系数、捻度不匀率等指标，可自动存储测试结果，实时查看历史数据，并能将历史数据转换为EXCEL格式方便从USB端口拷贝，能配合下位机软件进行整机检测和故障判断。

1.2.4 智能人机交互系统

用户可通过智能人机交互系统对捻度仪进行操控，该系统由多窗口界面构成，具有较好的易用性和可操作性。主要完成界面显示、参数设置、向驱动控制板发送测试指令和参数、接收驱动控制板返回的命令和数据、指标计算和显示、数据存储、历史数据查询，数据拷贝等功能。

2 全自动纱线捻度仪的应用

2.1 使用要点

全自动纱线捻度仪是人工装纱，自动引纱，测试方法可以选择。测试过程中无需人工操作，其智能人机界面可完成界面显示、参数设置、命令通讯、指标计算和显示、数据存取、历史数据查询拷贝等功能。但是，由于部件移动或旋转可能造成危险，所以不能随便拆下旋转夹头罩，操作仪器时也不能随意触碰运动机构。还应注意维修气动系统之前必须切断外部的压缩空气；严禁在带电或不带电的情况下用手等外力推动抓纱喂纱机构；带电维修时应注意对人体的保护；仪器正常测试时严禁用手触摸各运动部位。

2.2 测试方法

2.2.1 直接计数法

直接计数法即直接测定纱线捻度的方法，也是手摇捻度仪的工作原理，需要手动控制纱线转数，然后再人工判断纱线是否完成退捻。直接计数法得到的纱线捻回数一般比较准确，由于需要人工控制转数以及判断，浪费人力，效率较低。

2.2.2 退捻加捻A法

退捻加捻A法是一种间接测定纱线捻度的方法。该方法原理是对纱线进行退捻和反向再加捻，直到纱线试样达到其初始长度，假设再加捻的捻回数等于纱线原有的捻回数，这样计数器上记录捻回数的一半即为纱线试样应有的捻回数［4］。这种测定方法是自动捻度仪测试的基本原理，所测结果相对于直接计数法有一定偏差，在预加张力设置正确的情况下，该方法的偏差可控制在合理范围内，应用在全自动捻度仪的测试效率明显提高，适用于对测量效率要求较高而对测量精度要求一般的情况。

2.2.3 退捻加捻B法

退捻加捻A法对预加张力波动非常敏感，所以提出了退捻加捻B法，该方法减小了预加张力对测量结果准确性的影响，可给出更加准确的试验结果。其原理是对纱线进行了退捻加捻A法测试之后，再根据测得捻回数的1／4进行退捻再加捻到初始长度，以校正因预加张力引起的误差。该方法比退捻加捻A法用时长，但是测得结果相对准确，也适合于对测量精度要求较高、对测量效率也有一定要求的试验情况。

2.2.4三次退捻加捻法

三次退捻加捻法测试计算原理为：分别进行三次退捻加捻法的测试，设第一次退捻加捻测试结束后捻回数数据为A，第二次为B，第三次为C，则最终测试捻数为：若B＞A，则最终捻回数为（4A－3B＋C）／2，若A＞B，则最终捻回数为（3B－2A＋C）／2。此种方法给予退捻加捻法更多的校正，但是测量时间比退捻加捻A法和退捻加捻B法都要长，适合于对测量精度要求较高、测量时间较充裕的试验情况（由于老机型不具备该项测试方法，故而新老机型无法进行该项测试方法的数据比对）。

3 全自动纱线捻度仪性能验证

为了验证全自动纱线捻度仪（简称新机型）与老款捻度仪（简称老机型）在仪器稳定性、数据一致性、测试效率等方面的差异，试验采用直接计数法、退捻加捻A法、退捻加捻B法等方法，测试5种不同原料品种、不同号数、不同设计捻度的纱线，对测试结果进行统计分析［5］。

3.1 试验用纱

纱线试样参数见表1。

表1 纱线试样参数

3.2 新老机型测试对比

使用两台新机型（分别为新机型1号与2号）与老机型测试，新机型1号的测试速度为3kr／min，新机型2号测试速度为1.5kr／min，老机型的测试速度为1.5kr／min。取1号～5号试样，取样间隔为2m，隔距长度为500mm。每种试样取10管，每管测试2次，共测试20次，记录每种样品测试20次的平均值，最后比较20次测试平均值的差异。具体见表2、表3。

表2 试样数据统计

表3 试样数据分析

由表3的测试结果可以看出，3号试样（精梳毛纱）在测试中，捻度的绝对偏差和相对偏差值最小，2号试样（棉环锭纺）的捻度偏差值有小于精梳毛纱的趋势，5号试样（棉转杯纺）的捻度偏差值最大。

4 结论

4.1 通过测试多种纱线试样，可以看出新机型测试时纱线试样的捻度值误差范围较小，其绝对偏差值为－4.06捻／（10cm）～3.53捻／（10cm），相对偏差为－3.35%～4.24%；老机型的试样捻度值偏差较大，其绝对偏差值为－8.33捻／（10cm）～8.04捻／（10cm），相对偏差为－8.02%～9.06%，故而在数据准确性上新机型明显占优势。

4.2 新机型1号的测试速度为3kr／min，新机型2号测试速度为1.5kr／min，在测试同种试样时，两款新机型的台次偏差约为0.09～0.28，偏差较小，由此可看出新机型的数据一致性较好。

4.3 新机型的测试速度可达3kr／min，长时间测试，系统能保持可靠稳定的运转；老机型最高速度可达2.5kr／min，常用测试速度为1.5kr／min，当设定速度为2kr／min或2.5kr／min，且长时间测试运行时，系统易发生故障。

4.4 新机型的测试速度远大于老机型的测试速度，缩短了测试时间，提高了检验人员的测试效率，降低了纺织企业测试成本。