李凱樂，高 鑫

（陜西長嶺紡織機電科技有限公司，陜西 寶雞 721013）

0 引言

捻度對紗線結構、物理性能、織物風格有直接影響，是評定紗線等級的重要依據(jù)，其主要測試儀器為紗線捻度儀，該儀器主要測定紗線的捻度和捻度不勻率。由于紗線捻度儀自動化程度較高，電氣控制較復雜，市場上現(xiàn)有的紗線捻度儀存在連續(xù)采樣穩(wěn)定性差、測試精度較低、數(shù)據(jù)一致性差、操作過程復雜、人機界面美觀度欠佳等問題［1］。為了解決上一代捻度儀遺留的問題，長嶺紡電公司設計并研制了一款全自動捻度儀，采用ARM嵌入式（主頻400 MHz）人機界面智能操作系統(tǒng)，控制單元采用freescale的MC9S12XDP512芯片，系統(tǒng)的抗干擾能力較強，有效保證了產品的可靠性和數(shù)據(jù)的一致性，測試速度也有所提高，大幅提升了檢驗人員的測試效率，并實現(xiàn)了真正意義上的全自動化控制，更好滿足了用戶的實際需求。

1 全自動紗線捻度儀工作原理

1.1 工作原理

全自動紗線捻度儀機械手自動將裝好的紗線從換紗架引到右端旋轉夾頭處，再向下送至旋轉夾頭中心，帶有初始預張力的活動夾頭夾住紗線一端，然后機械手慢慢下移喂紗，直到將活動夾頭到零位后旋轉夾頭閉合夾住紗線另一端，機械手回位。旋轉夾頭轉動使紗線退捻，由于紗線伸長活動夾頭左移離開零位，紗線退捻完成后旋轉夾頭繼續(xù)同方向旋轉加捻，紗線縮短直到拉動活動夾頭回到零位，此時旋轉夾頭的轉數(shù)則為試樣長度應具有捻回數(shù)的兩倍［1］?？刂葡到y(tǒng)將此轉數(shù)傳輸?shù)缴衔粰C后，由上位機計算試樣捻度、變異系數(shù)、捻度不勻率、捻度的最大最小值、平均值等參數(shù)。整機工作原理見圖1。

圖1 全自動紗線捻度儀工作原理

1.2 設計思路

1.2.1 組成

全自動紗線捻度儀主要由主機、紗架和預張力砝碼組成。主機為臺式，安裝時置于水平臺面上，主要由上位機系統(tǒng)、下位機控制系統(tǒng)、移紗架單元、抓紗喂紗單元、退捻加捻單元、張力單元、取樣單元、廢紗回收單元等組成。其中，上位機系統(tǒng)即人機交互界面，主要用于紗線參數(shù)設計、檢測結果計算等；下位機控制系統(tǒng)主要用于配合上位機系統(tǒng)，以控制捻度儀測試過程中的動作運行；移紗架單元、抓紗喂紗單元、退捻加捻單元、張力單元、取樣單元、廢紗回收單元等分別用于測試過程中移動紗架、抓紗喂紗、退捻加捻、預加張力、紗線取樣、回收廢紗等動作。

1.2.2 線路設計

線路部分主要作用是驅動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由驅動控制板、傳感器組、驅動器組、電機組和RS232串行通訊口組成，驅動控制與數(shù)據(jù)采集部分主要通過RS232串口接受上位機的指令控制電機運動，查詢傳感器組狀態(tài)，自動完成測試過程并采集數(shù)據(jù)，向上位機傳輸采集的數(shù)據(jù)［3］。

1.2.3 軟件設計

全自動紗線捻度儀的監(jiān)控軟件在windows系統(tǒng)下運行，用C＋＋語言編寫，主要負責設置測試參數(shù)并向驅動控制板發(fā)送測試參數(shù)和動作控制命令，保證測試的順利完成，接收驅動控制板返回的捻回數(shù)并實時顯示，批次結束后計算試樣捻度、捻系數(shù)、變異系數(shù)、捻度不勻率等指標，可自動存儲測試結果，實時查看歷史數(shù)據(jù)，并能將歷史數(shù)據(jù)轉換為EXCEL格式方便從USB端口拷貝，能配合下位機軟件進行整機檢測和故障判斷。

1.2.4 智能人機交互系統(tǒng)

用戶可通過智能人機交互系統(tǒng)對捻度儀進行操控，該系統(tǒng)由多窗口界面構成，具有較好的易用性和可操作性。主要完成界面顯示、參數(shù)設置、向驅動控制板發(fā)送測試指令和參數(shù)、接收驅動控制板返回的命令和數(shù)據(jù)、指標計算和顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)拷貝等功能。

2 全自動紗線捻度儀的應用

2.1 使用要點

全自動紗線捻度儀是人工裝紗，自動引紗，測試方法可以選擇。測試過程中無需人工操作，其智能人機界面可完成界面顯示、參數(shù)設置、命令通訊、指標計算和顯示、數(shù)據(jù)存取、歷史數(shù)據(jù)查詢拷貝等功能。但是，由于部件移動或旋轉可能造成危險，所以不能隨便拆下旋轉夾頭罩，操作儀器時也不能隨意觸碰運動機構。還應注意維修氣動系統(tǒng)之前必須切斷外部的壓縮空氣；嚴禁在帶電或不帶電的情況下用手等外力推動抓紗喂紗機構；帶電維修時應注意對人體的保護；儀器正常測試時嚴禁用手觸摸各運動部位。

2.2 測試方法

2.2.1 直接計數(shù)法

直接計數(shù)法即直接測定紗線捻度的方法，也是手搖捻度儀的工作原理，需要手動控制紗線轉數(shù)，然后再人工判斷紗線是否完成退捻。直接計數(shù)法得到的紗線捻回數(shù)一般比較準確，由于需要人工控制轉數(shù)以及判斷，浪費人力，效率較低。

2.2.2 退捻加捻A法

退捻加捻A法是一種間接測定紗線捻度的方法。該方法原理是對紗線進行退捻和反向再加捻，直到紗線試樣達到其初始長度，假設再加捻的捻回數(shù)等于紗線原有的捻回數(shù)，這樣計數(shù)器上記錄捻回數(shù)的一半即為紗線試樣應有的捻回數(shù)［4］。這種測定方法是自動捻度儀測試的基本原理，所測結果相對于直接計數(shù)法有一定偏差，在預加張力設置正確的情況下，該方法的偏差可控制在合理范圍內，應用在全自動捻度儀的測試效率明顯提高，適用于對測量效率要求較高而對測量精度要求一般的情況。

2.2.3 退捻加捻B法

退捻加捻A法對預加張力波動非常敏感，所以提出了退捻加捻B法，該方法減小了預加張力對測量結果準確性的影響，可給出更加準確的試驗結果。其原理是對紗線進行了退捻加捻A法測試之后，再根據(jù)測得捻回數(shù)的1／4進行退捻再加捻到初始長度，以校正因預加張力引起的誤差。該方法比退捻加捻A法用時長，但是測得結果相對準確，也適合于對測量精度要求較高、對測量效率也有一定要求的試驗情況。

2.2.4三次退捻加捻法

三次退捻加捻法測試計算原理為：分別進行三次退捻加捻法的測試，設第一次退捻加捻測試結束后捻回數(shù)數(shù)據(jù)為A，第二次為B，第三次為C，則最終測試捻數(shù)為：若B＞A，則最終捻回數(shù)為（4A－3B＋C）／2，若A＞B，則最終捻回數(shù)為（3B－2A＋C）／2。此種方法給予退捻加捻法更多的校正，但是測量時間比退捻加捻A法和退捻加捻B法都要長，適合于對測量精度要求較高、測量時間較充裕的試驗情況（由于老機型不具備該項測試方法，故而新老機型無法進行該項測試方法的數(shù)據(jù)比對）。

3 全自動紗線捻度儀性能驗證

為了驗證全自動紗線捻度儀（簡稱新機型）與老款捻度儀（簡稱老機型）在儀器穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)一致性、測試效率等方面的差異，試驗采用直接計數(shù)法、退捻加捻A法、退捻加捻B法等方法，測試5種不同原料品種、不同號數(shù)、不同設計捻度的紗線，對測試結果進行統(tǒng)計分析［5］。

3.1 試驗用紗

紗線試樣參數(shù)見表1。

表1 紗線試樣參數(shù)

3.2 新老機型測試對比

使用兩臺新機型（分別為新機型1號與2號）與老機型測試，新機型1號的測試速度為3kr／min，新機型2號測試速度為1.5kr／min，老機型的測試速度為1.5kr／min。取1號～5號試樣，取樣間隔為2m，隔距長度為500mm。每種試樣取10管，每管測試2次，共測試20次，記錄每種樣品測試20次的平均值，最后比較20次測試平均值的差異。具體見表2、表3。

表2 試樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表3 試樣數(shù)據(jù)分析

由表3的測試結果可以看出，3號試樣（精梳毛紗）在測試中，捻度的絕對偏差和相對偏差值最小，2號試樣（棉環(huán)錠紡）的捻度偏差值有小于精梳毛紗的趨勢，5號試樣（棉轉杯紡）的捻度偏差值最大。

4 結論

4.1 通過測試多種紗線試樣，可以看出新機型測試時紗線試樣的捻度值誤差范圍較小，其絕對偏差值為－4.06捻／（10cm）～3.53捻／（10cm），相對偏差為－3.35%～4.24%；老機型的試樣捻度值偏差較大，其絕對偏差值為－8.33捻／（10cm）～8.04捻／（10cm），相對偏差為－8.02%～9.06%，故而在數(shù)據(jù)準確性上新機型明顯占優(yōu)勢。

4.2 新機型1號的測試速度為3kr／min，新機型2號測試速度為1.5kr／min，在測試同種試樣時，兩款新機型的臺次偏差約為0.09～0.28，偏差較小，由此可看出新機型的數(shù)據(jù)一致性較好。

4.3 新機型的測試速度可達3kr／min，長時間測試，系統(tǒng)能保持可靠穩(wěn)定的運轉；老機型最高速度可達2.5kr／min，常用測試速度為1.5kr／min，當設定速度為2kr／min或2.5kr／min，且長時間測試運行時，系統(tǒng)易發(fā)生故障。

4.4 新機型的測試速度遠大于老機型的測試速度，縮短了測試時間，提高了檢驗人員的測試效率，降低了紡織企業(yè)測試成本。

5 結語

全自動紗線捻度儀集機、電、氣于一體，通過測試可以得出紗線的捻度、變異系數(shù)、最大值、最小值等紗線指標；該儀器能測試包括包芯紗在內的各種紗線捻度及相關指標，極大地提高了紡織企業(yè)測定紗線捻度的效率，減少了人力資源成本，有利于紡織企業(yè)降本增效。

［1］吳敏，徐旻，丁焱明，等.機械搓捻捻接技術的分析與工藝測試［J］.棉紡織技術，2003，31（12）：23－26.

［2］賈立峰.測試轉杯紗捻度的退捻加捻法分析［J］.棉紡織技術，1999，27（1）：22－25.

［3］丁軍.捻度儀控制器設計［J］.計算機與數(shù)字工程，2010，38（11）：197－199.

［4］GB／T 2543.1—2001，紡織品紗線捻度的測定［S］.

［5］甘志紅，王飛.幾種紗線捻度測試方法的比較［J］.山東紡織經濟，2010（3）：57－58.