专利名称：一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统及方法
技术领域：
一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统及方法属于纤维缠绕成型中纤维张力控制的技术领域。
背景技术：
在纤维缠绕成型工艺中，缠绕张力是影响纤维缠绕制品质量，特别是高性能制品质量的重要因素。就目前纤维缠绕工艺中使用的张力控制系统，通常有以下3种形式
I、机械式张力控制系统，它由人工调整张力大小和简单的机械连接反馈形式来控制纤维张力，其控制精度低，会产生勒纱、磨纱等现象且不能进行大张力控制。
2、采用磁粉离合器作为执行元件或者采用永磁式直流力矩电动机作为执行元件的张力控制系统，这种张力控制系统通常有两种形式，一种是不带纱团半径变化检测装置的张力控制系统，不能针对纱团半径的变化调节磁粉离合器或永磁式直流力矩电动机的输出扭矩，因此无法实现精确的张力控制；另一种是带纱团半径变化检测装置的张力控制系统，通常将一个摆轮通过压紧装置压紧在纤维纱团表面来感知纱团半径的变化，从而实时调节调节磁粉离合器或永磁式直流力矩电动机的输出扭矩，因此可实现精确的张力控制，但其缺点是摆轮与纱团之间紧密接触，会产生损伤纤维的磨纱现象。3、采用数字交流伺服电机的张力控制系统，该控制系统的优点是响应速度快、精度高，缺点是成本高，尤其对于采用多团纤维缠绕的场合，其成本因素就显得尤为突出。上述几种类型的张力控制系统均不带断纱检测功能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有张力控制系统的上述缺点，公开了一种纤维张力控制系统及方法，该系统及方法不仅增加了纤维断裂检测的功能；而且能效避免对纤维的损伤，并且可同时对多团纤维进行张力控制，降低张力控制系统的成本，控制系统响应快、精度高且稳定性好。本发明的目的是这样实现的
一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，包括可编程控制器、磁粉制动器、接近开关和激光测距仪，并且
激光测距仪的模拟信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端通过A/D转换器连接；接近开关的数字信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端连接；可编程控制器的数字信号输出端与磁粉制动器的模拟信号输入端通过D/A转换器连接；
所述的磁粉制动器的输出转轴连接纱团传动轴，纱团传动轴的另一端连接有纤维纱团；所述纱团传动轴的横截面圆周方向平均分布有2 32个感应块；在感应块所确定的平面内配置有感应面平行于纱团传动轴中心线的接近开关，且所述的接近开关距离感应块所在圆周2mm 5mm ；
所述的激光测距仪的光束直射方向正对纤维纱团转轴方向。
上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，所述的接近开关的感应面中心点与纱团传动轴的中心线位于同一水平高度。上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，所述的激光测距仪激光发射头与纱团传动轴转轴的距离为Z=110mm。上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，所述的激光测距仪激光发射头中心点与纱团传动轴的中心线位于同一水平高度。上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，所述的纱团传动轴的截面圆周方向平均分布有8个感应块。一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法，所述方法包括以下步骤
a、控制加在磁粉制动器模拟量输入端的直流电压的方向，使磁粉制动器的作用方向与 纤维纱团导出纤维的方向相反；
b、激光测距仪测量纤维纱团的半径，以模拟信号形式输出，经A/D转换器转换成数字信号输出给可编程控制器；
C、可编程控制器根据设定的张力大小和纤维纱团半径计算出磁粉制动器输出轴的输出扭矩，输出相应的数字信号给D/A转换器，经D/A转换器转换成直流电压形式的模拟信号输出给磁粉制动器；
d、检测是否有断纱，通过设定时间阈值T，如果接近开关相邻两次感应的时间间隔不大于T，则认为系统没有断纱；如果接近开关相邻两次感应的时间间隔大于T，则认为系统有断纱，可编程控制器发出断纱报警信号。上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法，所述第b步激光测距仪测量纤维纱团的半径包括以下步骤
a’、调整激光测距仪的激光头距离纤维纱团转轴Z位置处；
b’、张力控制系统工作过程中，激光测距仪发射出的激光经纤维纱团表面反射后又被激光测距仪接收，激光测距仪根据激光束的往返时间计算激光测距仪的激光头到纤维纱团表面的距离7 ;
C’、根据第a’步激光头距离纤维纱团转轴Z，以及第b’步激光头到纤维纱团表面的距离7，计算得到纤维纱团的半径r=Z-7。本发明的有益效果是
1、采用接近开关测量纤维纱团转速，增加了纤维缠绕成型中纤维断裂检测的功能；
2、采用激光测距仪对纤维纱团半径实现非接触式高精度实时测量，有效避免了现有技术中接触式测量对纤维的损伤；
3、采用可编程控制器作为集成控制核心，可同时对多团纤维进行张力控制，有效降低张力控制系统的成本，控制系统响应快、精度高且稳定性好。
图I为本发明的控制系统原理结构示意图。图2为图I的A-A视图。图3为图I的B向视图。图中1磁粉制动器、2纱团传动轴、3纤维纱团、4感应块、5接近开关、6激光测距仪、7可编程控制器、8 D/A转换器、9 A/D转换器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。本实施例的带断纱检测功能的纤维张力控制系统，如图I所示。该控制系统包括可编程控制器、磁粉制动器I、接近开关5和激光测距仪6，并且激光测距仪6的模拟信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端通过A/D转换器连接；接近开关5的数字信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端连接；可编程控制器的数字信号输出端与磁粉制动器I的模拟信号输入端通过D/A转换器连接；其中，可编程控制器选用型号为日本OMRON公司的CPMlAH ；D/A转换器所选设备为与OMRON公司CPMlAH上配套 的D/A转换模块；A/D转换器所选设备为与OMRON公司CPMlAH上配套A/D转换模块；磁粉制动器I选用的型号为日本三菱公司的ZKG-6YN ;激光测距仪6选用的型号为德国SES0PART公司的FT20RA-60 ;接近开关5选用型号为日本OMRON公司的Q5MC1。图2为图I中的A-A方向视图，该视图展示了纱团传动轴2、感应块4以及接近开关5之间的配置关系。所述的磁粉制动器I的输出转轴连接纱团传动轴2，纱团传动轴2的另一端连接有纤维纱团3 ;所述纱团传动轴2的横截面圆周方向平均分布有8个感应块4 ；在感应块4所确定的平面内配置有感应面平行于纱团传动轴2中心线的接近开关5，具体配置位置为与纱团传动轴2的中心线位于同一水平高度，并且距离感应块4所在圆周2mm。图3为图I中B方向视图，该视图展示了激光测距仪6与纤维纱团3之间的配置关系。所述的激光测距仪6的光束直射方向正对纤维纱团3转轴方向，具体配置位置为激光测距仪6激光发射头中心点与纱团传动轴2的中心线位于同一水平高度，并且激光测距仪6激光发射头与纱团传动轴2转轴的距离为Z=110mm。一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法包括以下步骤
a、控制加在磁粉制动器I模拟量输入端的直流电压的方向，使磁粉制动器I的作用方向与纤维纱团3导出纤维的方向相反；
b、激光测距仪6测量纤维纱团3的半径，以模拟信号形式输出，经A/D转换器转换成数字信号输出给可编程控制器；
C、可编程控制器根据设定的张力大小和纤维纱团3半径计算出磁粉制动器I输出轴的输出扭矩，输出相应的数字信号给D/A转换器，经D/A转换器转换成直流电压形式的模拟信号输出给磁粉制动器I ;
d、检测是否有断纱，通过设定时间阈值T，如果接近开关5相邻两次感应的时间间隔不大于T，则认为系统没有断纱；如果接近开关5相邻两次感应的时间间隔大于T，则认为系统有断纱，可编程控制器发出断纱报警信号。比如设定的阈值对应纤维纱团3的最低转速为5r/min，根据纱团传动轴2的横截面圆周方向平均分布有8个感应块4，可计算时间阈值T=L 5s。上述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法，所述第b步激光测距仪6测量纤维纱团3的半径包括以下步骤
a’、调整激光测距仪6的激光头距离纤维纱团3转轴Z位置处；
b’、张力控制系统工作过程中，激光测距仪6发射出的激光经纤维纱团3表面反射后又被激光测距仪6接收，激光测距仪6根据激光束的往返时间计算激光测距仪6的激光头到纤维纱团3表面的距离7;
C’、根据第a’步激光头距离纤维纱团3转轴Z，以及第b’步激光头到纤维纱团3表面的距离7，计算得到纤维纱团3的半径
权利要求
1.一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，其特征在于包括可编程控制器、磁粉制动器、接近开关和激光测距仪，并且 激光测距仪的模拟信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端通过A/D转换器连接；接近开关的数字信号输出端与可编程控制器的数字信号输入端连接；可编程控制器的数字信号输出端与磁粉制动器的模拟信号输入端通过D/A转换器连接； 所述的磁粉制动器的输出转轴连接纱团传动轴，纱团传动轴的另一端连接有纤维纱团；所述纱团传动轴的横截面圆周方向平均分布有2 32个感应块；在感应块所确定的平面内配置有感应面平行于纱团传动轴中心线的接近开关，且所述的接近开关距离感应块所在圆周2mm 5mm ； 所述的激光测距仪的光束直射方向正对纤维纱团转轴方向。
2.根据权利要求I所述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，其特征在于所述的接近开关的感应面中心点与纱团传动轴的中心线位于同一水平高度。
3.根据权利要求I所述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，其特征在于所述的激光测距仪激光发射头与纱团传动轴转轴的距离为Z=110mm。
4.根据权利要求I所述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，其特征在于所述的激光测距仪激光发射头中心点与纱团传动轴的中心线位于同一水平高度。
5.根据权利要求I所述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统，其特征在于所述的纱团传动轴的截面圆周方向平均分布有8个感应块。
6.一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 a、控制加在磁粉制动器模拟量输入端的直流电压的方向，使磁粉制动器的作用方向与纤维纱团导出纤维的方向相反； b、激光测距仪测量纤维纱团的半径，以模拟信号形式输出，经A/D转换器转换成数字信号输出给可编程控制器； C、可编程控制器根据设定的张力大小和纤维纱团半径计算出磁粉制动器输出轴的输出扭矩，输出相应的数字信号给D/A转换器，经D/A转换器转换成直流电压形式的模拟信号输出给磁粉制动器； d、检测是否有断纱，通过设定时间阈值T，如果接近开关相邻两次感应的时间间隔不大于T，则认为系统没有断纱；如果接近开关相邻两次感应的时间间隔大于T，则认为系统有断纱，可编程控制器发出断纱报警信号。
7.根据权利要求6所述的一种带断纱检测功能的纤维张力控制方法，其特征在于所述第b步激光测距仪测量纤维纱团的半径包括以下步骤 a’、调整激光测距仪的激光头距离纤维纱团转轴Z位置处； b’、张力控制系统工作过程中，激光测距仪发射出的激光经纤维纱团表面反射后又被激光测距仪接收，激光测距仪根据激光束的往返时间计算激光测距仪的激光头到纤维纱团表面的距离7 ; C’、根据第a’步激光头距离纤维纱团转轴Z，以及第b’步激光头到纤维纱团表面的距离7，计算得到纤维纱团的半径r=Z-7。
全文摘要
一种带断纱检测功能的纤维张力控制系统及方法属于纤维缠绕成型中纤维张力控制的技术领域；该系统包括可编程控制器、磁粉制动器、接近开关和激光测距仪；磁粉制动器通过纱团传动轴连接纤维纱团；纱团传动轴的横截面圆周方向平均分布有感应块，感应块所确定的平面内配置有接近开关；激光测距仪的光束直射方向正对纤维纱团转轴方向；该方法根据纤维纱团的半径以及设定的张力大小计算出磁粉制动器输出轴的输出扭矩并控制磁粉制动器，同时监测是否有断纱；采用本发明的控制系统及方法，不仅增加了纤维断裂检测的功能；而且能有效避免对纤维的损伤；并且可同时对多团纤维进行张力控制，降低张力控制系统的成本，控制系统响应快、精度高且稳定性好。
文档编号B65H59/38GK102807136SQ20121030153
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者王桂英, 刘永纯 申请人:东北林业大学, 王桂英, 刘永纯