非接触式纱线卷绕张力动态检测方法的研究

摘要

在纱线卷绕工艺中，纱线张力作为一个非常重要的参数，直接关系到卷绕筒子的生产质量和效率。而目前现有的检测仪器大部分为接触式检测，此类检测仪器在检测过程中，测量元件直接与高速运行的纱线接触，这不但会对检测结果产生影响，还容易对纱线的运行状态产生影响，进而影响生产质量和效率。针对以上的问题，本文提出一种基于弦振动理论和图像处理技术的非接触式纱线卷绕张力动态检测方法，并针对此方法开展了以下主要内容的研究。
　　 第一，将横动卷绕的纱线运动视为弦振动，推导了纱线张力的理论公式，建立了非接触式纱线卷绕张力的测试原理，即：纱线张力等于纱线线密度与纱线实际运行速度的平方的乘积，而纱线实际运行速度等于纱线卷绕速度和纱线横波速度之和；纱线线密度和卷绕速度容易测得，所以测试纱线张力的关键就是如何测得纱线横波速度。
　　 第二，提出了基于图像处理技术检测纱线横波速度的方法，实现了对纱线横波速度的检测。纱线在往复运行的过程中，当纱线运行到卷绕辊最左(或右)端时，由于突然转向纱线会发生弯折。我们首先采用CCD图像传感器拍摄纱线整个运行过程中的状态，然后利用图像处理技术定位每帧图像上纱线最大弯折点的坐标，最后通过计算连续两帧图像中最大弯折点的位移和时间即可最终得到纱线的横波速度。为了确定纱线的最大弯折点，我们首先对原始图像进行灰度处理、剪切处理、边缘提取、二进制图像转换等一系列预处理以提取纱线上各点的坐标，然后计算纱线上各点到连接纱线两端线段的距离，最大距离点即为纱线的最大弯折点。
　　 第三，设计和搭建了非接触式纱线卷绕张力动态检测装置，该装置包括纱线卷绕机、图像连续采集系统、图像处理系统和用户界面等几个部分。为了实现图像的动态拍摄和保存，装置中选用HV1303um型CCD图像传感器作为图像采集设备。图像处理系统采用Matlab程序编写，可实现对采集图像的连续处理，从而获取图像中的纱线信息。此外，还设计了一个图像用户界面以直观地显示张力第四，利用本研究搭建的测试装置进行了纱线卷绕张力测试试验，验证了本文所提方法的可行性，研究了纱线线密度、纱线卷绕速度和纱线种类对纱线张力的影响，并与接触式检测方法进行了对比和相关分析。研究表明，本方法可以检测不同纱线种类、不同线密度和不同卷绕速度下的纱线卷绕张力；纱线张力与纱线线密度呈线性关系，与卷绕速度呈二次曲线关系；在相同试验条件下，非接触式张力检测结果小于接触式检测结果；本文提出的非接触式张力检测方法与目前常规的接触式检测方法高度相关，可代替接触式检测方法方法使用。
　　 本文提出的测试方法适合于卷绕机上纱线在一定范围内做往复运动时纱线的张力检测，可以实现纱线卷绕张力的非接触式动态检测，检测过程中不仅能即时地观察到纱线的运行状态和张力的变化，而且对纱线的运行不产生任何影响，对保证卷绕筒子的质量和生产效率有积极的意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 现有纱线张力的测试方法及存在问题

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 纱线卷绕张力检测原理及其实现

2.1 纱线横动卷绕模型

2.2 纱线张力检测原理

2.3 纱线张力检测原理的实现

第三章 纱线卷绕张力检测装置的设计

3.1 纱线卷绕机构

3.2 图像采集系统

3.3 图像处理系统

3.4 图形用户界面的设计

第四章 纱线卷绕张力测试试验与分析

4.1 纱线卷绕张力测试实验

4.2 纱线线密度对纱线卷绕张力的影响及分析

4.3 卷绕速度对纱线张力的影响分析

4.4 纱线种类对纱线张力的影响分析

4.5 非接触式与接触式对比

4.6 试验条件对检测结果的影响

第五章 结论

参考文献

附录一

附录二

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢