CCD在线检测粗纱张力的原理和调整

所谓CCD，就是电荷耦合器件（Charge Couple Device）。CCD 具有光电转换、信息处理、数据存储、逻辑运算等功能，主要用于图像传感器、信息处理和存储等。
& l& G% q" K7 E9 ~* ]2 [1、CCD图像传感器在线检测粗纱纺纱段张力的原理
（1）粗纱纺纱段张力
1 D' K& W1 |& GCCD 图像传感器在线跟踪检测粗纱纺纱段张力，精度为0.1mm，根据纺纱段的抖动状况进行闭环反馈控制。其检测原理见图7－40 为粗纱悬跨段示意图。图中，A是前罗拉输出点，B 点是假捻器切入点，AB 为粗纱的悬跨段，L 是跨度，C 点是粗纱跨度的中点，h 是中点垂度（h＝CD），TB为粗纱B 点的纺纱张力。

CCD在线检测粗纱张力原理图

0 S$ }; b3 V. O' ^根据有关资料可知：

TB=（gpL2）*10-4/8h
: j2 u4 B1 @/ Q" a式中：g——重力加速度（9.8m/s2）；
2 o4 m: t, b: U0 n; P) T$ j9 b) Pρ——粗纱线密度（g/m）；
L——粗纱悬跨弦长（mm）；
3 V4 j9 [. S! z2 Y6 G' w- `h——中点垂度（mm）；
1 G9 _# k- \8 h$ QTB——粗纱B点的纺纱张力，也称悬跨张力。
& h8 g( q$ Z' y' `" A4 p- _! _" C上式是检测原理关系式，也是CCD检测装置工作的基础和依据。在粗纱机机型确定后，
L 也即为定值。因此，对于具体的纺纱过程来说，粗纱定量g 是一定值，那么，TB与h 成
反比，即TB＝h/m 。m 称为特征常数，具有唯一确定的数值，只要CCD 检测装置能以足够
的精度测出垂度h的值，输入特征常数m，就能很容易地根据上式测算出悬跨张力，也就能
够调控悬跨张力TB。

（2）粗纱机纺纱段形态基准位置的设定
* F! j: c, u7 d% i2 f粗纱纺纱段的形态有三种可能的情况如图7－40所示。
) ?0 F* L2 }9 {/ O; J0 U" n第一种情况：纺纱段挺直，并伴有剧烈抖动，表明此时的纺纱段张力过大，容易造成粗纱伸长率过大。如图中的ADB位置，此时纺纱段张力大，且整个粗纱的伸长率也大。
* p7 }( o. ?' s4 @第二种情况：纺纱段严重松驰，张力小且不稳定，加捻三角区过长且不稳定，甚至出现“麻花状”，表明此时的纺纱段张力过小。这是因为锭翼假捻器顶孔、侧孔、空心臂及压掌等部件与卷绕段粗纱的摩擦力过大，捻陷现象严重，卷绕段产生的捻回不易向纺纱段传递，使加捻三角区过长，纤维间的抱合力过小，从而导致粗纱伸长率过大且不稳定。如图中的ACB位置，此时纺纱段张力小，但整个粗纱伸长率却是过大。
第三种情况：纺纱段紧而不直、没有振荡，略有下坠却能使加捻三角区获得稳定的捻度，表明此时的纺纱段张力比较稳定。如图中的AEB 位置，整个粗纱伸长率也比较稳定，波动小。
5 a2 T& K( _  L( Q因此，粗纱机纺纱段形态基准位置的设定，一般在AEB附近，也即CCD传感器检测的基准位置在E 点附近。至于E 点具体在什么位置比较合理，必须通过试纺决定。

2、粗纱纺纱张力自动检测调节系统
粗纱纺纱张力自动检测调节系统原理如图所示。

粗纱纺纱张力自动检测调节系统

' G6 E6 @$ I) ~! k) m3、CCD 在线检测与控制粗
纱张力时存在的缺陷CCD 在线检测与控制粗纱张力的基本依据是控制粗纱纺纱段的形态，实时控制粗纱伸长率的大小与稳定性，从而达到提高粗纱质量的最终目的。但真正影响粗纱伸长率大小的却是卷绕段张力，卷绕段张力的大小却在CCD 检测之外，所以，CCD 在线检测与控制粗纱张力时还存在以下的缺陷：
（1）卷绕段张力是影响粗纱纺纱质量的主要张力，纺纱段张力常小于卷绕段张力，而卷绕段张力受多种因素的影响，如原料变化、车间相对湿度较高或纺纱通道摩擦系数增大时，常会出现卷绕段张力较大，而纺纱段张力较松驰的现象，此时，如以CCD 检测的信号来反馈控制，必将使张力控制产生较大的误差。
1 m2 l4 x# @; Z3 s! l2 }: Y（2）卷绕段张力如果增大，纺纱段张力也将随之增大，使得纺纱段成为无抖动无垂度的直线，此时，CCD 也失去在线跟踪检测和反馈的功能。
（3）悬跨张力只是卷绕张力的很小部分，而卷绕张力的大部分却在CCD 装置检测范围之外，所以CCD 不能对卷绕张力实施正确的测控，这是CCD 检测装置最根本的原理性缺陷。
4 j# |# b8 {  N5 U. K/ J2 ~（4）如果喂入熟条长片段不匀率较大，也将导致检测失误。所以，要在提高棉卷正卷率、降低熟条重量不匀率及重量偏差的基础上，才能充分发挥CCD 的在线检测作用。
（5）CCD 成本较高，120 锭的粗纱机上只安装2~3 个CCD 图像传感器，仅能实时检测2~3锭的纺纱段张力波动并反馈，其代表性不强。
综上所述，利用CCD 在线检测装置控制粗纱张力，在使用时应注意以上几个方面的影响，因为卷绕段张力的大小是决定粗纱伸长率和粗纱筒管卷绕密度的决定因素，卷绕张力的在线检测与控制是卷绕过程控制的关键核心，只有开发出以卷绕张力为基准的测控技术，才有可能实现粗纱卷绕过程的精确控制，实现真正意义上的恒张力纺纱，最终达到提高粗纱质量的目的。