纺织机智能断线检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称为纺织机智能断线检测仪。属于纺织机断线检测【技术领域】。它主要是解决现有断线检测仪存在断线检测准确性差、检测效率不高的问题。它的主要特征是：由光电检测单元、处理电路、主控单元、报警单元和显示单元组成；当纱线从激光发射器的光路上经过，细线从无到有再到无的过程，会造成二象限光电管所接收的光强产生由强到弱再到强的变化，导致二象限光电探测器光电流变化，差动的电流经处理电路处理，产生脉冲信号送入单片机，单片机记录断线根数送LED显示，并控制报警、停机。本实用新型具有较高分辨率和较高检测速度，适用于各种使用场合，成本低，使用方便的特点，主要用于以激光对管进行织布机断线检测的纺织机智能断线检测仪。
【专利说明】纺织机智能断线检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于纺织机断线检测【技术领域】，具体涉及一种采用以激光对管进行织布机断线检测、以单片机进行控制的纺织机智能断线检测仪。
【背景技术】
[0002]织布机在工作过程中常发生断线事故，若发生断线事故而机器继续工作，势必影响产品质量。在织布机上安装断线检测仪，当纺织机上有断线产生时检测仪能检测到发出警报，同时对织布机发出停机命令。
[0003]目前市场上的断线检测仪主要采用的方法有:
[0004]①机械联动装置:依靠机械联动原理采集纱线张力，同实验得到的正常情况下丝线的张力比较，若张力超出正常范围，则判定丝线发生异常。机械联动装置一般由绝缘基座和安装于该绝缘基座上的金属接触丝、金属拉环及短路传感器构成，弹簧的一端与滑动块连接，弹簧的另一端与旋转辊连接，金属拉环在没有纱线穿过时，可在弹簧的弹性力作用下与金属接触丝接触。当断线产生时，金属拉环与金属接触丝接触，通过短路传感器产生断线信号。机械联动装置检测仪虽结构简单，维护方便，但存在容易受到机器震动而影响断线检测准确性的问题，且接触式检测对纺织过程会产生一定影响。
[0005]②振荡感应法:设置在圆形轨道圈上的信号接收装置内建有一高频信号感应器与一磁性信号感应器，设在该梭子上的一信号产生装置内建有一高频振荡器与一永久磁铁，利用梭子旋转通过信号接收装置时，使得上述构件可同步感应到高频振荡器与永久磁铁所形成的信号，并将信号共同传递至一同步信号检测器上判别。振荡感应式检测方法可检测梭子于起动加速阶段及定速旋转阶段时的纬纱是否断线，可以达到较高精度，但对梭子的转动速度有一定要求，不具有广泛的适用性。
[0006]③机器视觉:包括织物图像采集、图像预处理、图像分析和特征值提取、送别和分类等阶段以及正常纺织过程和纺线特征的学习过程和检测过程。通过使用特制高分辨率线扫描CXD摄像机及多达数百个处理器并行处理图像数据，可以达到最高0.3mm的分辨能力和120m/min的检测速度。机器视觉法需要采用特制线型CCD摄像机，对小批量生产成本过高，而且对目前已公开的基于机器视觉的检测装置，为了达到或者高于生产速度的检测速度，系统大多采用数百个处理器进行图像数据的处理，如瑞士乌斯特(Uster)公司开发的Uster Fabriscan系统，为250个奔腾处理器，对一般生产的代价太大。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种具有较高分辨率和较高检测速度，能满足一般生产需求，且适用于各种使用场合，对硬件没有特殊要求，成本低，使用方便的纺织机智能断线检测仪。
[0008]本实用新型的技术解决方案是:一种纺织机智能断线检测仪，其特征在于:由光电检测单元、处理电路、主控单元、报警单元和显示单元组成；所述光电检测单元包括激光发射器、光电探测器和安装底座；所述处理电路包括依次连接的差动探测前置放大电路、放大电路和比较电路；差动探测前置放大电路包括由运放及其外围元器件组成的放大电路，激光发射器、光电探测器的正极端分别与运放的两个输入端连接，负极端与电源连接；所述主控单元包括单片机及其外围电路，该单片机的信号输入端与比较电路的输出端连接；所述报警单元包括蜂鸣器及其驱动电路，该驱动电路输入端与单片机的输出端连接。
[0009]本实用新型技术解决方案中还包括控制停机单元，该控制停机单元包括继电器控制及其驱动电路，该继电器控制及其驱动电路控制端与单片机的信号输出端连接，使继电器可以在有断线产生时使织机停止工作，避免造成质量损失。
[0010]本实用新型技术解决方案中所述的光电探测器是PIN 二象限光电探测器。
[0011]本实用新型技术解决方案中所述的放大电路由运放及其外围元器件组成；所述的比较电路由运放及其外围元器件组成。
[0012]本实用新型技术解决方案中所述的单片机为STC89C52单片机。
[0013]本实用新型采用激光发射器作为光源，采用光电探测器接收激光，安装时应使激光发射器与光电探测器高度反射器与接收器高度对准。检测仪工作时，一旦有纱线从激光发射器的光路上经过，细线从无到有再到无的过程，会造成光电探测器所接收的光强产生由强到弱再到强的变化，导致光电探测器光电流变化；差动的电流经处理电路处理，产生脉冲信号送入单片机，单片机立即控制报警停机。光电探测器工作于差动的方式，实现高灵敏度检测。本实用新型采用单电源和运放实现，简化了电路结构，降低了成本。本实用新型用差分的方法对丝线飘过的信号进行检测，采用了微分放大的方法对检测信号进行处理，而且丝线飘过的速度越快，检测越灵敏，极大的提高了信噪比和检测准确度。本实用新型利用运放与RC元件实现高频放大，抑制低频直流背景的影响。本实用新型具有较高分辨率和较高检测速度，能满足一般生产需求，且适用于各种使用场合，对硬件没有特殊要求，成本低，使用方便的特点。本实用新型主要用于以激光对管进行织布机断线检测、以单片机进行控制的纺织机智能断线检测仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型处理电路中差动探测前置放大电路图。
[0015]图2是本实用新型处理电路中放大电路和比较电路图。
[0016]图3是本实用新型继电器控制及其驱动电路图。
[0017]图4是本实用新型蜂鸣器及其驱动电路图。
[0018]图5是本实用新型主控制器电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
[0020]本实用新型由光电检测单元、处理电路、主控单元、报警单元和显示单元组成。
[0021 ] 光电检测单元包括半导体激光发射器、PIN 二象限光电探测器和安装底座。半导体激光发射器与PIN 二象限光电探测器的对准是检测仪正常工作的关键，通过一个机械底座将半导体激光发射器与PIN 二象限光电探测器对准。本实用新型采用半导体激光发射器作为发射器，采用PIN 二象限光电探测器作为接收器，根据PIN 二象限光电探测器接收信号的变化判断断细线的存在。当光电检测单元检测到细丝飘过后，就产生一个脉冲信号。优点:只要装置正确校准且固定即不易受机器震动影响，性能稳定；半导体激光发射器产生准直性较好的激光，可实现一次检测一排线。经过实验表明效果良好，可以满足准确性和可靠性要求，在已完成的实验中最远可以达到5m的检测距离，最小可以达到SOum检测直径。
[0022]处理电路包括依次连接的差动探测前置放大电路、放大电路和比较电路。
[0023]如图1所示。差动探测前置放大电路包括由运放及其外围元器件Rl、R2、R3组成的放大电路。PIN二象限光电探测器在断线检测存在着许多随机噪声，采用PIN二象限光电探测器空间对称布置，并接相同的反向偏置电压。这种布置方法的好处是光电管两个象限完全对称，参考值一致，可以滤除背景光的影响，极大地抑制直流信号，获取高信噪比、高分辨率的光电差分信号。由于PIN1、PIN2产生的差分信号为了消除光电转换中背景光强所产生的直流信号，光电信号采用差分接入方式。优点:实现高分辨率，高信噪比的检测，以提高对断线判别的可靠性，减少误差信号的干扰。
[0024]如图2所示。放大及比较电路由运放及其外围元器件R4、R5、Cl组成。比较电路由比较器及其外围元器件1?6、1?7、1?8、1?9组成。运放用来进行微分放大，电阻R4、R5和电容Cl部分，实现对信号进行低通滤波。比较器的输出结果脉冲就证明了丝线飘过的结果。放大电路为负反馈运算放大电路，该放大电路中的运放负相输入端与地之间设有RC串联电路。运放对Utl进行微分放大(同向放大方式)，使信号的直流部分保持不变，交流部分放大很多倍。具体放大倍数与纱线的飘过速度有关。阻容部分对信号进行低通滤波，通过选取合适的阻容值，得到与原直流部分相近的结果。丝线飘过速度越高、越灵敏。
[0025]如图3所示。继电器控制及其驱动电路由二极管、三极管、继电器组成，单片机控制端三极管的基极送高、低电平，控制三极管Ql导通或截止，从而使继电器吸合或断开。电流中的二极管非常重要，继电器断开的瞬间会产生一个很强的反向电动势，这个反向电动势会对电路中的其它元件造成损害。在继电器线圈两端反向并联二极管可以消耗这个反向电动势，从而保护电路安全。
[0026]如图4是本实用新型蜂鸣器及其驱动电路。
[0027]如图5所示。主控单元包括单片机及其外围电路，该单片机的信号输入端与比较电路的输出端连接，单片机采用STC公司的高性能单片机STC89C52，STC89C52有着功耗低、性能强大的特点，其最高运作频率35MHz，可以满足检测仪实时检测的需求，同时其看门狗功能可以防止程序因外部环境的影响跑飞，提高系统的稳定性。报警单元包括蜂鸣器及其驱动电路，该驱动电路输入端与单片机的输出端连接。单片机的信号输出端与驱动电路连接，驱动电路与显示器连接，显示器为四位八段数码管。单片机的信号输出端与继电器控制电路连接，继电器控制电路与织布机相关电源控制端连接，使继电器可以在有断线产生时使织机停止工作，避免造成质量损失。
[0028]通过程序控不断地扫描单片机的外部中断口，正常情况下I/O的电平值为高，一旦发生断线故障，比较器送出一个下降沿信号，触发单片机产生中断，在中断服务子程序中使断线根数寄存器加一，并在主程序中将寄存器值送显示缓冲，在四位八段数码管上实时显示断线的总根数；另一方面，程序控制报警单元报警、并对执行机构发出停机命令。程序中设置PCON位，使系统主控部分在没有断线产生时处于空闲模式。在空闲模式下，除CPU外，单片机内部其他硬件硬件资源全部处于活动状态，数据及寄存器的值都保持不变，即数码管仍然实时显示当前的断线根数。当断线事故发生引起外部中断时，外部中断将唤醒单片机，程序从原来停止的地方继续执行。空闲模式的设置可以降低系统的功耗:STC89系列的单片机在空闲模式下功耗降至2mA。中断计数及空闲模式设置的代码为:void main O {PCON=OxOI; } void INTO () interrupt 0{ PCON = 0;LED = 0;num++;}。
[0029]实验测得检测仪检测纱线的直径最小可达60—80um，对于纺织工业的一般纱线都可以检测。检测距离最大约为5m，适用于大型纺织机的断线检测，通过合理布置可以实现一个检测仪检测多达1000根纱线。检测仪系统响应时间为us级，可以满足实际使用中对于实时性的要求。
[0030]本实用新型从检测断线到对断线的数目进行计数并发出报警的整个过程实现了自动化，无人化，在生产实际是可以提高生产效率和生产质量，并且原理清晰，结构简单，使用成本低，维护方便。
【权利要求】
1.一种纺织机智能断线检测仪，其特征在于:由光电检测单元、处理电路、主控单元、报警单元和显示单元组成；所述光电检测单元包括激光发射器、光电探测器和安装底座；所述处理电路包括依次连接的差动探测前置放大电路、放大电路和比较电路；差动探测前置放大电路包括由运放及其外围元器件组成的放大电路，激光发射器、光电探测器的正极端分别与运放的两个输入端连接，负极端与电源连接；所述主控单元包括单片机及其外围电路，该单片机的信号输入端与比较电路的输出端连接；所述报警单元包括蜂鸣器及其驱动电路，该驱动电路输入端与单片机的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的纺织机智能断线检测仪，其特征在于:还包括控制停机单元，该控制停机单元包括继电器控制及其驱动电路，该继电器控制及其驱动电路控制端与单片机的信号输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的纺织机智能断线检测仪，其特征在于:所述的光电探测器是PIN 二象限光电探测器。
4.根据权利要求1或2所述的纺织机智能断线检测仪，其特征在于:所述的放大电路由运放及其外围元器件组成；所述的比较电路由运放及其外围元器件组成。
5.根据权利要求1或2所述的纺织机智能断线检测仪，其特征在于:所述的单片机为STC89C52单片机。
【文档编号】B65H63/028GK203474102SQ201320390860
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】郭元平, 严嘉琛, 熊芝, 赵鸿, 毛王景 申请人:郭元平