光电传感器在纺织中的应用
摘要
光电检测是非接触测量，它不改变纱线原来的状态；结合精密机械加工技术、显微技术、计算机技术、信息处理技术，可以对包含棉纤维检验，纺纱、织布、印染及后整理的在线监控、测试，及成品、半成品等纺织生产的各个环节进行检测，使纺织产品的质量得到有效控制和提高。 关键词：光电 传感器 纺织 在线控制 检测
1.前言
光电子技术是将传统光学技术与现代徽电子技术、信息处理技术、计算机技术紧密结合在一起的一门高新技术，是获取光信息或借助光来提取其它信息的重要手段。在信息时代，光电子技术在高科技产业中已占据了越来越重要的地位。发展的光子技术和精密机械加工技术、
显微技术 、计算机技术、信息处理技术相结合，出现了图象自动摄取、操作自动化、数据自动处理、自动显示分析的高 科技光电产品。目前光电技术已渗透到纺织生产的各个环节，包含棉纤维检验，纺纱、织布、印染及后整理的在线监控、测试，及成品、半成品的检验，并正在迅猛发展。
2.纺织用传感器
由于纺织加工过程中的对象是各种纤维或纱线，它们本是一种柔性物体，受外力作用后容易变形。因此，欲检测加工过程中一些参量的变化，如果采用通常接触式传感器，其检测结果就会存在着由于接触而引起的误差，而光电检测是非接触式的，它不改变纱线原来的状态，光电传感器是将光电量转换成电量的一种装置，它把非电量如纱线、纱疵等转换成电量的变化，从而实现对这些非电量的检测，由于光电传感器是非接触测量的这一特点，使得它在纺织生产中应用较广。其中最常用的就是CCD摄像传感器。 CCD摄像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的大小不等的电荷包的空间分布。然后利用移位寄存器的移位功能将这些电荷包在时钟脉冲控制下实现读取与输出，形成一系
列幅值不等的时序脉冲序列。结合计算机图像处理技术，就能制造出失真度极小的数码摄像传感器件，非常适合于数码摄像、在线检测和图像识别。此外，它还具有体积小、质量轻、集成度高、析像度高、功耗低、耐冲击和抗电磁干扰能力强等许多优点。
3.光电传感器的主要应用
涂料用润湿分散剂在纺织生产设备中引入光电检测设备可以随时追踪工厂的生产状况，并通过工厂的控制网络将各工序的生产质量、产量、效率等信息及时报告给相关技术人员和管理人员，为工艺调整和生产管理提供大量可靠的数据，同时为企业新产品的生产提供各类跟踪数据，缩短新品的开发生产过程引入光电检测技术，必将提高整个纺织生产系统的加工、监测、检验、管理的自动化、智能化及精确化水平，使纺织产品的质量得到有效控制和提高。
光电传感器在纺织生产中主要用于测速、清除纱疵、检测纱线毛羽及织造过程中的验布、印染过程控制和成品检验、探纬和提花等方面。其主要应用如下：战术防身笔
对棉花的等级评定，主要依据棉花的颜、杂质含量、水份、纤维长度等特征目前国内棉
花等级评测仍靠人工完成，这种评判与检验员的水平高低、熟练程度、 工作状态等因素有关，不能客观评价。而棉花等级评定直接影响棉农、棉花公司、纱厂的利益，采用光电式纤维测试仪器即可解决这一问题。
CCD摄象机采集样棉的图象，通过数字处理技术提取棉花的图象特征，获取棉花的泽、 杂质含量、 纤维长度等指标，建立模糊分类器模型对棉花进行分类。达到对棉花的客观、统一评价，使棉花分级满足自动、连续、快速、准确的要求。利用光电技术还可获取许多人眼无法读取的信息。可以产生更多描述棉花特征的指标，为棉花的合理使用、科学配棉提供可靠的依据。
3.2棉花中异纤的清除机器人拳击
纤污染在纺织的各道工序都存在。异纤造成断头所引起的纺纱和落筒的结头又会造成机织和针织的断头，它所引起的在后道工序的损失非常大。此外，因异纤引起的修布、退货、织物和服装的降等还会造成其他损失。每年由于产品中异形纤维造成的经济损失不计其数，不少企业不得不耗用几十甚至数百名工人手工分拣棉花中的异形纤维，用工多，效率低，成本高。因此，在纺纱过程中全面清除异质纤维对纱线的影响是提高产品质量的重要
手段。对于相对体积较大的异质可在清梳联工序中由棉花除杂系统排除，避免异纤被打散而造成后道工序更严重的问题；比较纤细的异性纤维清除，可在络筒工序中由光电子清纱器来完成。
目前，采用CCD检测的异纤清除机的较好方式是双层两次检测，采用4组CCD线扫描，对通道中的棉花进行两次检测来识别异纤，分别识别白和有丙纶丝， 并采用4K像素的CCD。只有针对性地对各种异纤分类识别，才能有效地将无、 有异纤检出。
其作用原理为：充分开松的原棉通过光电探测区，经光学传感器的光学扫描，产生相应的光电信号并高速输入中央处理器。中央处理器接收到信号后快速判别纤维性状，如果判别为异纤，及时驱动对应的高速电磁阀，释放高速高压气流，将异纤和少量正常纤维一起喷除出输棉管道，进入落杂箱内。落杂箱内的杂物随排污气动阀门打开或关闭的周期被顺利吸人收集箱，并被阻留在不锈钢网罩内表面，而混浊的气流经不锈钢网眼，被负压式滤尘机组吸走处理。阻留在不锈钢网罩内表面的杂物由人工定期进行分拣处理。
图1：光电检测异纤清除机结构简图
光电检测异纤清除机由光电探测处理模块、高速喷除模块、废棉收集模块等组成。光电探测处理模块采用光电传感器，并结合光学原理、电子和软件技术， 反应极快，操作可靠，维护方便。高速喷除模块主要由高速阀、高压气源和控制系统组成，以及时实现对废棉的喷除操作。废棉收集模块主要收集各种喷除出的异纤和废棉，并通过管道抽风机吸除，其中气压调节装置可确保排除气流的连续和稳定。
3.3自动络筒机的清纱
纺织生产中，疵点和不匀是经常发生的，无论是传统纺纱还是各类新型纺纱，即使是使用最好的纺纱原料，最新的纺纱设备以及最优的纺纱工艺，纱疵和不匀总是不可避免的。常见的有结粒、飞花、竹节、双纱等。但并不是所有的纱疵均要清除，只有粗而长或长度虽短而特别粗的纱疵要去除。电子清纱器的功能在于把大量的无碍纱疵予以通过，而将有限的有害的纱疵加以清除，即电子清除器能够按纱的质量、产品档级等工艺要求，根据纱线的不同直径和长度两个工艺参数 自行鉴别和清除规定的纱疵。
其工作原理为：纱线高速运行时通过光电检测槽，槽的一侧是由红外发光管和光学装置构成的检测光源，槽的另一侧为光电接收器，采用硅光电池。当纱线上出现纱疵时，硅光电池的受光面积发生变化，硅光电池的受光量及其输出光电流随之变化，光电池的变化幅值与纱疵的直径变化成正比。当纱线运行速度恒定时，纱疵越长，则光电池变化的维持时间越长。光电接受器输出的电流信号经放大及调理后，形成与纱疵形状对应的电压信号。这些信号分别加到短粗节、长粗节和长细节通道，与设定的参数相比较得到相应信号。来驱动切刀动作，完成清纱功能。
图2：光电式电子清纱器工作原理图
光电子清纱器的光电检测头不同于目前大量使用的电容式检测头，可以更精确探测纱线的粗细变化，得到粗节、细节、棉结等纱疵和纱支支数错误信息，同时可检测出异、异质纤维，清除化纤、毛发、异纤维等杂质，提高纱线品质、 监测纺纱工艺及设备运转情况，清纱曲线可按“效率点”微调，将络筒机效率和纱疵清除达到最佳组合。
3.4自动纱线综合测试
纱线的品质指标有很多，过去要在不同的仪器上采用不同的方法检测，由于试样不可重复利用，造成试样浪费，测试设备多、成本高。此外，纱线的支数、毛羽、条干均匀度及纱疵应是统计结果，人工随机抽样检测不准确。而且传统用于测量纱线粗细均匀度的仪器是采用电容检测原理的条干仪，它可以测量纱线的线密度不匀程度。然而，采用这种方法经常遇到测量结果与实际视觉效果不符的情况。即用电容条干仪测得的条干指标较好，而织物却不能满足要求。光电式条 干仪检测结果侧重于纱线处观质量评价，及预测纱线质量对布面质量的影响。布面仿真系统模拟实际织物，通过一定的组织方法编织成布面，在显示器上显示出与实际织物成比例的布面效果，进行布面分析。
自动纱线综合测试仪如乌斯特UT-4、美国EIB-S型条干仪，采用先进的线阵列CCD摄像传
感器和计算机图像处理技术，在很短的时间内，就可一次性完成纱线直径(相对支数)、毛羽、纱疵及条干均匀度的自动测试并输出各报表(见图3)。
mp3机 图3：自动纱线综合测试仪原理框图
其工作原理为纱线与线阵列smartthreadsCCD光敏元的排列方向垂直，光学系统将纱线放大后成像在CCD的光敏元上(见图4)，由于纱线条干和毛羽遮光效果不同，在光敏元上产生的信号电荷就不同，根据CCD输出的电压脉冲幅值，经计算机图像处理后就能判断出有几个光敏元被纱线遮挡，有几个被毛羽遮挡，因此可以计算出纱线的直径和毛羽的长度。
fmmix由于纱线是运动着的，当某一时刻有粗节或细节的纱线成像在CCD上，被遮挡的光敏元就增加或减少。根据增加或减少的多少就可以计算出粗节或细节的大小，并统计出粗节、细
节和棉结疵点数及条干均匀度等指标。
图4：纱线条干和毛羽在CCD上成像原理图
3.5并条机的断条自停
并条机断条自停装置(简称自停装置)的可靠性直接影响并条机的产条质量，堵条、罗拉缠绕和积花(通称为堵条)则会影响生产效率，甚至会损坏设备。因此对并条断条、堵条的快速、准确检测具有实际意义。现在广泛应用的是光电对射式自停装置。
光电自停装置的工作原理为：一般采用红外发射二极管发射某一频率的红外光，用光敏器
件接收透射光并转换为电信号，含有光路状态信息的信号由放大器放大并经检波，确定是否有物体经过光路。为提高可靠性，接收器件常用滤光封装滤除自然光，避免光电转换器件饱和；采用特定频率的红外调制光，抑制环境突变光干扰。随着技术的进步，集成化、智能化的光电传感器也不断出现。
但并条机应用的各种光电自停装置一般不具有智能化检测特点，集成化程度较低，光电转换器大多采用光敏二极管或光敏三极管分离元件构成，接收器件仅完成光电信号转换功能，信号放大和检波需设计外围电路支持，因此接收器件的性能是光电自停装置电路设计的技术关键。为此，基于集成化IRM设计了一种新型智能化自停装置，统一了并条机前后光电路设计，在FA302，FA306等型号的并条机上应用证明，其检测可靠，避免了设备误停。
智能化的光电自停装置在设计上充分考虑了其应用现场的环境条件，将应用广泛、价格低廉的遥控接收器件和微处理器应用到电路设计，并采取了IRM内部集成放大和检波功能、动态光强控制、软件抗干扰等多项措施。充分利用了微控器软硬件资源，电路简洁、原理简单，提示信息全面，具有较好的实用价值。
3.6光电提花
光电提花丝织机是六十年代发展起来的。它具有缩短工序、减轻劳动强度,花样变换灵活的特点。光电提花丝织机比普通提花丝织机缩短了放意匠踏纹板 穿纹板等三道工序。
起工作原理为：将代表织物花型组织的彩图样，贴在扫描装置的辊筒上，辊筒以一定速度旋转，当光源聚焦点照射到图样上时，图样上的不同颜对反射光有不同的反射强度。经光电转换后，输出相应于各种颜的电平值。电光点在图样上作圆周运动，光电转换装置连续输出相应于各阶的电信号，并由电时钟脉冲CP控制打人花型信息寄存器，图5为光电转换分扫描装置示意图。由机械装置、光学装置和光电变换三部分组成。
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