电子清纱器光电检测系统的研究及应用

符小锋，王国强，王晓瑞

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡　721013)



•检测仪器

电子清纱器光电检测系统的研究及应用

符小锋，王国强，王晓瑞

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡721013)

摘要：针对生产中异色异质纤维会对布匹表面质量造成影响的问题，介绍了电子清纱器光电检测系统的检测原理与系统组成，并通过人工制造与人工添加方法，对试验样机进行动态验证测试，测试其对不同纱号、不同颜色、不同种类异纤的反射与透射信号差异，并据此分析出纱线直径与颜色的变化，从而准确判断各种异色异质纤维。指出：电子清纱器光电检测系统采用透射光和反射光联合处理技术，大幅度提升异色异质纱疵检测灵敏度，具有高可靠性、低成本的优势，且检测准确率高，清除效果好。

关键词：电子清纱器；光电检测；系统设计；异色纤维；异质纤维；透射；反射；可靠性；清除

0引言

随着人们对纺织品、服装的要求越来越高，针对常规纱疵的纱线检测系统已不能满足用户对产品的要求。鉴于异色异质纤维会对布匹表面质量造成很大影响，在2007年发布的乌斯特公报中，异色异质纤维已被正式纳入棉纱质量的考核指标[1]。所以，近几年来，清除异色异质纤维成为各大科研院所与纺织企业的重要研究课题。作为国内纺织电子检测仪器的领军企业，主动承担攻克难题已成为长岭纺织机电科技有限公司义不容辞的责任。

1光电式检测原理

光电式检测是利用光电传感器将被测量的数据转换成光信号，再转换成电信号，并结合信息通讯和处理技术，完成在线检测。当纱线在光源和接收器之间运行时，会遮挡和吸收部分由光源发出的光线，接收器将接收到的光通量转化为电压信号，当有粗细变化疵点的纱线通过时，光通量随之发生变化，从而引起输出信号幅度的变化，最终完成了一个由几何量(平均直径)的大小决定信号(电压)大小的转换过程。光电式检测原理如图1所示。

2光电式检测系统设计

2.1系统构成

光电式检测系统主要由光学系统、硬件电路和嵌入式软件构成。其中，光学系统由光学透镜和光组件组成，硬件电路主要由LED光源及其驱动电路、光电探测器、信号调理电路及控制与处理电路组成[2]。光电式检测系统构成如图2所示。

2.2光路设计

光学系统的结构如图3所示，主要由光学透镜构成，D1为透射光接收器、D2和D3为反射光接收器。

LED光源射出的锥状光束经过光学透镜后大部分进入D1接收器，被光学透镜反射的部分光束分别进入D2、D3接收器。当纱线进入U形纱槽检测区时，透射出来的光束入射至纱线表面，由于纱线的遮挡，入射至D1接收器表面的光能量会随着纱线线径的改变而发生变化[3-4]。在检测过程中，一旦线径发生改变，D1接收器的响应幅值便会产生相应的变化，同时纱线的表面会产生一定的反射作用，将部分光能量经反射后入射至D2和D3接收器[5]。当纱线中存在异色异质纤维时，由于表面光谱反射特性的不同，入射至D2和D3接收器中的光能量会产生一定的变化从而获得纱线直径与颜色(灰度)信息，该变化量以及D1接收器共同决定了当前检测位置是否存在异色异质纤维。

2.3电路设计

光电式检测应用电路如图4所示。

当光照射到光电二极管上时，便会产生电流，当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。在图4中，光电二极管工作于光致电压(零偏置)方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流Isc从负极流至正极，由于放大器反相输入端的输入阻抗很高，二极管产生的电流将流过反馈电阻Rf，输出电压会随着电阻Rf两端的压降而变化，在该放大系统的作用下，将电流转换为电压，即：

式中Vout是运放输出端的电压；Isc是光电二极管产生的电流；Rf是反馈电阻。图4中的CRF是电阻Rf的寄生电容和电路板的分布电容。

前置放大电路将微弱的光电流转化为电压信号，在实际处理中进一步放大，因此还要进行后级放大电路及调零电路设计，通过阻容耦合与前置放大电路相连，同时进行滤波、降噪、去耦等优化设计。

3光电式检测系统的验证

根据LED光源的光谱特点，选择红、黄、蓝、黑4种颜色作为测试样本，将这4种颜色分别涂在白色纱线上，依次通过检测区，经测试，输出波形的幅度会产生明显变化。光电式检测电路输出波形如图5所示，对应变化率见表1。

由表1可以看出，该系统对于白色纱线中的异色成分具有高灵敏度的检测效果[6]。

为了验证该系统在实际应用中的效果，采用人工制作、人工添加异色纱疵的方法，在KGFA688型自动络筒机上进行了动态跑纱测试。根据实际异色纱疵的特点，挑选了黑、红、蓝、棕4种颜色，每种颜色制作10个长度不大于5 mm的有色纱疵，当纱线以1 km/min的速度运行时，测试出光电式检测系统对异色纱疵的检出率和正切率均达到98%。

表1光电式检测电路输出波形变化率

根据异质纱疵的特点，通过人为添加头发丝、化纤丝的方法，将系统对异质纱疵的检出效果进行了测试。测试结果表明，该系统对异质纱疵的检出率和正切率均达到98%。

由动态跑纱测试结果可以看出，电子清纱器光电式检测系统对于异色异质纱疵具有较高的鉴别能力，能够满足用户使用需求。

4结语

电子清纱器光电式检测系统采用透射光和反射光联合处理技术，使异色异质纱疵的检测灵敏度大幅度提升，达到了国际先进水平。该系统具有高可靠性、低成本的优势，如能广泛应用在电子清纱器中，会使电子清纱器具备异色异质纤维清除能力，且检测准确率高，清除效果好，市场前景广阔。

参考文献：

[1] 姚俊红.EYCC112型异纤清纱器的设计及应用[J].棉纺织技术，2013，41 (10)：51-53.

[2] 袁文明.新一代光电式电子清纱器的分析与研究应用[J].纺织学报，1998，19(5)：24-28.

[3] 高雅允，高岳.光电检测技术[M].北京：国防工业出版社，1995.

[4] 罗先和，张广军.光电检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995.

[5] 王术军，张保洲.LED在线分拣系统的研制[J].半导体光电，2004，25(2)：108-111.

[6] 杜凤.电子清纱器检测头的设计[D].天津大学，2006.

Research and Application of Photoelectric Detection System of Electronic Yarn Clearer

FU Xiaofeng，WANG Guoqiang，WANG Xiaorui

(Shaanxi Changling Textile Mechtronical Technology Co.,Ltd.,Baoji 721013，China)

Abstract:Aiming at the finding the solution to the production problems of heterochromatic and heterogeneous fiber,which has an impact on the surface quality of the cloth,introduction is done to the photoelectric detection system of the elctronical yarn clearer regarding the detection principle and system composition.The prototype test were dynamic verified by man-made production and production of artificial addition so as to find the signal difference by reflection and transmission of foreign fiber with different count,different color,and different kinds.According to the signal difference,the yarn diameter and color change rate are find out in order to judge the various chromatic heterochromatic and heterogeneous fiber accurately.It is pointed out the photoelectric detection system of the electronic yarn clearer,which combines the transmitted light and reflected light processing technology,greatly enhances heterochromatic and heterogeneous yarn faults detection sensitivity,with the advantages of high reliability,low cost,and high detection accuracy rate,consequently with good cleaning effect.

Key Words:electronic yarn clearer;photoelectric detection;system design;heterochromatic fiber;heterogeneous fiber;transmission;reflection;reliability;removal

收稿日期：2015-09-17

作者简介：符小锋(1985—)，男，陕西宝鸡人，助理工程师，长期从事纺织电子设备研究开发工作。

中图分类号：TS103.6+2

文献标志码：B

文章编号：1001-9634(2016)02-0061-03