一種用於測量梳棉機給料結構上棉卷重量和厚度的方法和裝置的製作方法

2023-06-29 11:33:26

專利名稱：一種用於測量梳棉機給料結構上棉卷重量和厚度的方法和裝置的製作方法
一種用於測量梳棉機給料結構上棉卷重量和厚度的方法和
裝置所屬技術區域本發明用於紡紗準備領域，特別是應用於開環控制的梳棉機的條紗整理領域。如獨立權利要求前序部分所述，其涉及測量移動棉卷的質量或厚度的裝置和方法。
背景技術：
進行紡紗準備時，棉纖維在打開和清潔之後混合成絨狀，填料或一般的纖維素，這 些在下文都統一定義為棉卷。在梳棉機中棉卷所包含的棉絨將被分離出來，直至形成縱向 排列的單個纖維和纖維束。所述從紗線中獲得的連續的棉條在後續的工藝中被紡。為了獲 得高品質的紗線，棉卷必須儘可能均勻地餵入梳棉機，即單位時間內的餵入的棉卷質量恆 定。對於這一點，眾所周知需要不斷測量棉卷質量或棉卷厚度，並通過該測量信號使用開環 控制系統控制餵入棉卷的速度。目前，被廣泛使用的通用裝置包括含有兩個位移傳感器的輥測量系統。梳棉機的 給棉輥作為測量棉卷厚度的入口。餵入的棉卷被引入到給棉輥和給棉平板之間。給棉輥延 至給棉平板的整個寬度，並且其兩端懸掛可活動。它通過自身重量施加給給棉平板上的棉 卷一個壓力，並且可以通過懸掛裝置上的彈簧增加這個壓力。棉卷厚度的變化引起給棉輥 相對給棉平板的距離和傾斜的變化。這些變化由兩個位移傳感器測量，其分別安裝在給棉 輥的懸掛端。理論上講，棉卷質量正比於棉卷厚度。兩個位移傳感器的信號用於控制給棉 速度，從而形成一個開環控制系統。然而這種裝置有很多缺點。在整個寬度上棉卷的測量 準確率低，其原因在於剛性輥在輥中部的一個厚點可能導致在整個寬度上棉卷的信號變 大。此外，因為給棉輥的大質量使得測量非常緩慢。測量區域沒有被明確界定，並在運行方 向有一個相當大的長度，因此棉卷厚度的短期波動無法被檢測到，並且控制不足。其他幹擾 因素，例如給棉輥的鏈條驅動系統，也會給測量帶來進一步損害。為了改善測量結果，EP-O' 467』 117A1提出將幾個測量輥沿輥寬度排列。每個測 量輥包括電子測量裝置用於檢測測量輥各自的位置。棉卷的寬度被分解成若干份，其每一 份的厚度單獨測量。然而這一結構複雜且昂貴。在這個解決方案中測量區域也沒有明確界 定，並且其具有較大的長度。W0-97/36031A1基於ΕΡ-0，467，117A1的啟示進行了簡化，這樣，所有測量輥信號 都通過如電纜這樣的機械傳輸部件整合，並提供給一個單一的共同位移測量系統。由此獲 得的信號對應於棉卷平均厚度。這種裝置還是具有複雜的機械結構，容易出現故障。US-4, 785，505A披露一個通用的裝置，其中給棉輥設置為固定，給棉平板的部分區 域作為測量棉卷厚度的部件。所述部分區域呈長條狀設置，沿給棉平板的整個寬度延伸。所 述測量長條可以運動，其兩個端部懸掛。這類似於懸掛的可運動給料輥裝置。棉卷厚度的 變化引起給棉輥相對測量長條的距離和傾斜的變化。這些變化由位移傳感器進行測量。同 上所述，其有類似的低測量解析度和高慣性的缺點。這些缺點可以由US4，881，415A部分解決。如其所述，有若干個彼此相鄰的測量舌，其可以從相對和背離給棉輥的方向彼此獨立旋轉。上述測量舌的旋轉運動被一個位移 傳感器檢測到。該裝置的缺點是，相鄰的兩個測量舌之間的偏差會產生一個間隙導致棉卷 如棉花纖維和棉絨的部分被夾住。隨著時間的推移，這將導致汙垢的積累，會損害裝置的正 常運作。在消除故障進行清理時需要裝置停產。據US-4，817，247A所述，給棉平板包括有開口的測量元件，這些測量元件彼此相 鄰。每個測量部件提供了一個可移動的觸角部件，其一部分與一個位移傳感器連接。這種 裝置同樣有積聚汙垢的缺點，使得棉絨堵塞開口，並阻止觸角移動。

發明內容
本發明提供了一種測量棉卷質量的裝置和方法，其可以避免上述缺點。特別是可 以避免棉卷物質積聚汙垢被卡住。此外，本發明可以在整個棉卷寬度上提高測量的靈敏度， 降低慣性，明確簡短的界定測量區域並且能夠提供更有效的監控。本發明所述的裝置和方法由獨立權利要求確定。優選實施方式體現在從屬權利要 求中。本發明基於這樣一個構思，即使用幾乎無位移的力傳感器測量移動棉卷的質量或 厚度。「幾乎無位移」在本發明是指一個連接傳感器的觸角，它與棉卷機械接觸，其接觸高 度與壓縮棉卷的測量間隙的高度相比很小。該接觸高度最好少於測量間隙高度的十分之 一。在給棉平板上沒有凹槽，因此不會卡住棉卷材料。觸角平面最好與給棉平板引導面齊 平。因此，本發明所述測量移動棉卷質量或厚度的裝置，包括一個用於接受棉卷的測 量間隙，和在測量間隙內部區域設置的掃描裝置，其與棉卷機械接觸，其包括至少一個測量 棉卷的質量或厚度並輸出電信號的力傳感器。在較佳實施例中，本發明所述裝置包括一個固定給棉平板，其帶有引導棉卷的引 導平面，測量間隙在給棉平板寬度方向上延伸，給棉平板至少在測量間隙的區域是剛性的， 掃描裝置包括至少兩個沿給棉平板寬度方向上不同地點設置的觸角，其設置在給棉平板上 並相互獨立，而且每個觸角與至少一個力傳感器連接產生電信號，其用於測量觸角位置上 棉卷的質量和厚度。其優點在於，為本發明所述裝置提供了引導機構，幫助整個棉卷材料通 過觸角而避免死點。本發明所述的裝置最好用於有開環控制系統的梳棉機的條紗整理。例如，其輸出 信號可以用於控制給棉速度。本發明還提供了一種測量移動棉卷質量或厚度的機械掃描方法。由棉卷產生的力 以一種幾乎無位移的方式掃描。所述掃描產生至少一個表徵棉卷質量或厚度的電子信號。優選的，其中棉卷提供到一個沿棉卷寬度方向擴展的測量間隙，所述掃描發生在 測量間隙的區域，棉卷沿其寬度有至少在兩個不同的點被掃描，不同的點在掃描過程是彼 此相互獨立的，所述掃描過程發生在剛性基礎的觸角上，在各個掃描過程產生一個電子信 號表徵各個點的棉卷的厚度或質量。至少一個電子信號可用於控制棉卷給棉速度。可以通過至少一個電信號得到棉卷 的特徵，如在寬度和/或縱向(運動方向)上棉卷的均勻程度。使用幾乎無位移的力傳感器測量移動棉卷的質量或厚度乍一看可能會有些缺點，因為傳統的力傳感器的信號非線性。一個力傳感器輸出信號通常是棉卷厚度的冪函數(如 二次函數)。所述的信號特徵可以在隨後的數位訊號處理步驟以計算的方式實現線性。為 了實現線性目的，一些特徵需要被利用，例如各個傳感器的類型，或每個力傳感器可被記錄 的特性。這些特徵被以例如表格的方式存儲起來，最好是存儲在本裝置的評估單元或當地 傳感器評估單元。本發明相比於公知技術有以下優點 因為使用了無位移力傳感器進行掃描，用於引導棉卷的引導平面保持平整。沒有 會導致棉卷材料被卡住的槽或突起。·因為沿整個棉卷寬度多次測量使得測量解析度和測量精度大大提高。·幾乎無摩擦的測量裝置沒有測量滯後，提高了測量精度。·測量裝置不再受給棉輥驅動的影響。·可移動部分質量引起的慣性大幅變小加強了測量裝置的動力。·因為測量部分長度較短，例如在傳感器縱向方向僅有12毫米長，棉卷厚度的更 短波動可以被檢測到。這樣，可以顯著改善開環控制系統的調節作用。·與調整的啟動位置相關的測量點或測量位置被明確地界定。可以精確地為開環 控制系統的最優行為設置調整參數。


下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術細節圖1顯示了本發明第一實施例所述裝置(a)側向原理圖，(b)沿Ib-Ib方向的俯 視圖，及(c)沿Ic-Ic方向的前視圖。圖2顯示了本發明所述裝置的掃描裝置(a)縱向剖面圖，(b)俯視圖，(C)剖視俯 視圖和⑷橫向剖面圖。圖3顯示了圖2所示掃描單元安裝狀態的剖面圖。附圖標記說明1給棉輥2給棉輥軸3 刺輥4給棉平板5 棉卷6給棉平板上的開口7，27 觸角8測量間隙10 裝置11 死點16支撐梁17傳感器輸出線18導引部件I9，29力傳感器
20掃描單元21傳感器外殼22密封環23壓力傳動元件24傳感器舌25傳感器基板26傳感器緊固螺絲28應變傳感器31輸出線32本地傳感器評估電路33電路緊固螺絲34傳感器安裝連接插頭35傳感器外殼底部開口
具體實施例方式圖1顯示了發明所述裝置10的優選實施例。該裝置10用於測量沿χ縱向的方向 運動的呈網狀或棉卷狀的棉卷5的質量或厚度。它通常位於梳棉機的送料部分，其中給棉 輥1和刺輥3顯示了出來。(給棉輥1在圖1(b)視圖中以透視的方式顯示，以清楚的顯示 位於下方的部件)。裝置10包括用來引導棉卷5的固定剛性給棉平板4。給棉輥1在驅動 下旋轉將棉卷5輸送給梳棉機。給棉輥1延伸到給棉平板4整個寬度(y方向)上。給棉 輥1的軸2根據給棉平板4設置，並在給棉輥1的外表面和給棉平板4的導軌面之間產生 一個測量間隙8，使得給棉平板4引導棉卷5通過，在這個間隙中棉卷5被壓縮。該測量間 隙的高度(方向ζ)最好在給棉平板4沿著寬度(在y方向)方向上保持一致。掃描裝置設置在測量間隙8中。掃描裝置包括幾個相互獨立的觸角7，這些觸角 是相互獨立的，在給棉平板4上沿寬度(y方向)的不同地點設置。每個觸角7呈條狀，並 通過給棉平板4上的開口 6伸出，其上平面實質上和給棉平板4的平面齊平。觸角表面形 狀例如可以是矩形，其在棉卷5運動方向(χ方向)上的長度最好是儘可能小，測量區域明 確界定，並且垂直於運動方向χ的橫向邊長(方向y)應儘可能大，以測量棉卷的整個寬度。 觸角7的數量最好是至少有兩個，其尺寸可以是在技術可行和有用的範圍的任何尺寸。如 圖1所示的實施例中，其為8個。觸角7的數目越多，裝置10的解析度和精度越高。棉卷 的質量取決於對棉卷厚度的測量。每個觸角7與棉卷5機械接觸，並且受到來自棉卷的一 個向下的力(即離開給棉輥1的方向，ζ方向)，棉卷厚度越大力越大。每個觸角7連接有至少一個力傳感器19並產生電信號，用來測量各個觸角7位置 上的棉卷5的厚度和重量。至少一個關聯的力傳感器19與觸角7可操作地連接。棉卷5厚 度的變化引起的作用於觸角的壓力被傳輸到至少一個與觸角7連接的力傳感器19上。所 有的力傳感器19可以固定到例如安裝在給棉平板4上的支持梁16上。所述力傳感器19 可以採用德國達姆施塔特(D-64293)的奧廷格鮑德溫測量技術有限公司生產的UlA型傳感 器。這些涉及使用壓阻效應原理的應變計。或者也可以使用壓電原理，電容或壓力光傳感 器。力傳感器19的輸出信號實質上是棉卷厚度的冪函數。信號特徵可以通過一個計算方法線性表示。在圖1所示的實施例中，兩個力傳感器19與每個觸角7相連，並且每一個力 傳感器19與相鄰的兩個觸角7同時相連。然而，這並不是強制性的。棉卷5在測量間隙8中被壓縮。力傳感器19測量到棉卷5產生的幾乎位移不可 見的壓縮力。這就是為什麼可能並建議將其固定安裝在支撐梁16上，並用如有機矽這樣的 密封材料將給棉平板4上的觸角7密封。其不僅是防止棉卷材料5卡住，還可以預防棉卷 5的碎屑和其他不良汙物顆粒由給棉平板4平板面滲透到傳感器19。至少一個力傳感器19通過線17輸出信號。所有力傳感器19的模擬電子信號可 以以不同的方式處理成本發明所述裝置10的輸出信號，最好相互結合。為此，裝置10包括 一個評估電路(未顯示)。在第一種方案，該傳感器的信號可以通過一個總和部件發出一個 單一的總和輸出信號。在第二種方案，每個傳感器的信號可以單獨轉換成數位訊號並且數 字信號可以提供到數字計算單元，其可以例如線性化和/或加和上述數位訊號。其他的模 擬或數字的組合傳感器信號可行，例如加權總和或取平均值。各個傳感器信號和/或處理 的輸出信號也可以以其他方式處理，例如被濾波。經過處理的輸出信號最好是用於控制棉 卷5的拉入速度。為此，該處理的輸出信號可以提供給一個開環控制系統，該系統部分控制 給棉輥的轉速。不需要特別的測量，在相鄰的觸角7之間將有死點11。觸角7之間的棉卷材料5 將會通過但不被測量。這一缺點可以被圖1所示的實施例所避免，可以為棉卷5配備導向 機構18。該導向機構18例如可以設置為在給棉平板4掃描機構前方的窄，長，向上突起的 網。他們的主要任務是為觸角7提供整個棉卷材料5，以便對梳棉機100%給棉，並且避免 死點11。圖2顯示了掃描單元20，其可以被使用到本發明實施例所述的裝置10上。掃描單 元20包括一個排成長條的觸角27，其與棉卷5機械接觸(見圖1(a))和用於接收來自棉卷 5的壓力。力傳送裝置23傳送這一壓力，例如在至少一個力傳感器29上的4個螺絲或螺栓。在圖2中，掃描單元包括兩個定位於長方形 掃描單元20 —端的對稱的力傳感器 29。每一個力傳感器29檢測從其上方的觸角27端傳來的壓力。為了接收壓力，力傳感器 29包括一個最好由金屬製成的T形舌24。兩個壓力傳送元件23壓住所述舌型結構的兩個 傳動臂。T形舌24的縱臂在壓力下彎曲，其上部擴大。這一擴大將被一個或數個應變計28 測量到。應變計28最好是設置在T形舌24和傳感器基板25之間的連接區域。該傳感器 基板25可通過兩個傳感器緊固螺絲26固定在傳感器外殼21。兩個力傳感器29的輸出信號通過如帶狀電纜的輸出線31輸出到本地傳感器評估 電路32。該傳感器評估電路32，包括帶校準功能的輸出信號放大器和其他電路元件。其可 以設置為印刷電路板並由兩個電路緊固螺絲33固定在傳感器外殼21。對溼度或汙染敏感 的傳感器的評估電路32和/或傳感器29等組件可以被澆鑄到合適的絕緣材料裡，因而被 保護。傳感器評估電路32的輸出信號可以通過傳感器安裝引導插頭34連接到中央評估單 元，該插頭通過開口 35連接到傳感器外殼21的底部。例如該傳感器外殼21可以由金屬製成。例如其可以是長方體，參數如下長度(X 方向)15毫米，寬度(y方向)125毫米，高(ζ方向)11毫米。長方體的上平板面是缺失的。 取而代之的是觸角27。觸角27和傳感器外殼21之間的間隙，最好由密封環22密封，以防止汙垢和水汽的滲透到傳感器外殼21內部。圖3顯示的是圖2所示的在梳棉機給棉平板4上一個掃描單元20的改進形式。其 顯示的機構對應圖1 (a)。從左邊提供的棉卷5在這裡沒有顯示(見圖1 (a))。給棉平板4 和給棉輥1之間的測量間隙8的高度為毫米數量級，例如1至5毫米，最好約3毫米。測量 間隙8的高度最好是可變的。可以通過改變測量間隙的高度來設定掃描裝置20的工作點。 觸角27伸出的高度在十分之一毫米的範圍內，其至少比測量間隙8小10倍。圖3所示的實施例中，單個掃描單元20的傳感器外殼21在橫向(y方向)延伸的 槽42內，該槽貫穿給棉平板4的整個寬度。例如可以設置八個掃描單元20，其每個含有兩 個傳感器29。在傳感器外殼21以外是電纜導管42以傳輸信號和電力。本發明不僅限於上文討論的具體實施例。為了簡單起見，上文所述的實施例中給 棉平板4位於棉卷5下方。在本發明的啟示下，給棉平板4也可以位於棉卷5上方或一邊。 這就是為什麼以上的「之上」，「之下」或「基於」不能理解為對本發明的限制。在本發明的 啟示下，本領域的普通技術人員可能進行進一步的變化。
權利要求
用力傳感器(19)測量移動棉卷厚度或質量的用途。
2.一種測量移動棉卷(5)質量或厚度的裝置(10)，包括一個用於接受棉卷(5)的測量間隙(8)，和在測量間隙(8)內部區域設置的掃描裝置，其與棉卷(5)機械接觸，其包括至少一個測 量棉卷(5)的質量或厚度並輸出電信號的傳感器(19)，特徵在於所述至少一個傳感器(19)為力傳感器。
3.如權利要求2所述的裝置(10)，其中，所述力傳感器(19)包括一個電阻應變計，其 優選以壓阻，壓電，電容或壓力光學測量原理為基礎。
4.如權利要求2至4中任一項所述的裝置(10)，其中，所述裝置包括一個固定給棉平 板(4)，其帶有引導棉卷(5)的引導平面，測量間隙(8)在給棉平板(4)寬度方向上延伸，給 棉平板(4)至少在測量間隙(8)的區域是剛性的，掃描裝置包括至少兩個沿給棉平板(4) 寬度方向上不同地點(y)設置的觸角(7)，其設置在給棉平板(4)上並相互獨立，而且每個 觸角(7)與至少一個力傳感器(19)連接產生的電信號，其用於測量在各個觸角(7)位置上 棉卷(5)的質量和厚度。
5.如權利要求4所述的裝置(10)，其中，所述觸角(7)的平面基本與給棉平板(4)引 導平面相齊平。
6.如權利要求4或5所述的裝置(10)，其中，所述掃描裝置幾乎無位移，並且觸角(7) 邊界的間隙用密封材料(22)密封。
7.如權利要求4至6中任意一項所述的裝置(10)，其中，裝置(10)包括導向元件(18)， 其為觸角(7)提供棉卷材料(5)。
8.如權利要求7所述的裝置(10)，其中，導向元件(18)為窄長向上凸起的網，並設置 在給棉平板(4)掃描裝置之前。
9.如權利要求2至8中任意一項所述的裝置(10)，其中，掃描裝置至少包括兩個力傳 感器(19)，裝置(10)有一個結合至少兩個力傳感器(19)的電子信號評估電路，最好是將電 子信號加和。
10.如權利要求2至9中任意一項所述的裝置(10)，其中，測量間隙⑶位於固定的給 棉平板⑷和被驅動旋轉的給棉輥⑴之間。
11.如權利要求2至10中任意一項所述的裝置(10)用於有開環控制系統的梳棉機的條紗整理。
12.一種測量移動棉卷(5)質量或厚度的方法，其中機械掃描棉卷(5)，並所述掃描產生至少一個表徵棉卷(5)質量或厚度的電子信號，其特徵在於由棉卷(5)產生的力以一種幾乎無位移的方式掃描。
13.如權利要求12所述的方法，其中，棉卷(5)提供到一個沿棉卷(5)寬度方向擴展的 測量間隙(8)中，所述掃描發生在測量間隙(8)內，棉卷(5)沿其寬度在至少兩個不同的點 (y)進行掃描，不同的點的掃描過程是彼此相互獨立的，所述掃描過程發生在結合於剛性基礎的觸角(7)上，在各個掃描過程產生一個電子信號表徵各個點的棉卷(5)的厚度或質量。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述電子信號組合成一個輸出信號，最好採用相 加的方式。
15.如權利要求12至14任一項所述的方法，其中，至少有一個電子信號，用於控制棉卷 (5)進給速度和/或獲得的棉卷(5)品質特徵。
全文摘要
本發明是一種用於測量移動棉卷(5)厚度或質量的裝置(10)，所述裝置包括一個固定剛性給棉平板(4)用於引導棉卷(5)。測量間隙(8)由給棉平板(4)和給棉輥(1)限定，棉卷(5)在測量間隙(8)內被壓縮，包括至少兩個沿給棉平板(4)寬度方向上不同地點(y)設置的傳感器，其設置在給棉平板(4)上並相互獨立，而且每個觸角(7)與至少一個幾乎無位移力傳感器(19)連接產生的電信號，其用於測量觸角(7)位置上棉卷(5)的質量和厚度。該裝置(10)具有較高的測量分辨力和測量精度，較高的動態性能和較短的測量長度。它可用於有開環控制系統的梳棉機的條紗整理。
文檔編號D01G23/06GK101809210SQ200880109600
公開日2010年8月18日 申請日期2008年8月26日 優先權日2007年9月26日
發明者弗朗索瓦·貝克雷爾 申請人:烏斯特技術股份公司