基于紅外技術的精梳機臺面棉網檢測裝置研究

馬巖

摘 要：文章介紹了一種新型精梳機棉網檢測裝置，分析了原檢測傳感器的工作原理及存在的問題，利用可靠的紅外光電檢測技術研制了一種沒有機械傳動的新型檢測裝置，并在精梳機上取得了較好的試用效果。

關鍵詞：精梳機；小臺面；棉網；單眼光電；紅外光電傳感器

1 背景

精梳機是近年來在紡織行業使用較為普遍的一種設備，其主要作用是排出梳棉生條中一定長度以下的短纖維，提高纖維整齊度，進一步清除纖維中殘留的棉結、雜質，提高纖維光潔度。我國精梳設備在經過40多年的發展后，質量水平及自動化程度都有了很大的提高。特別是近幾年，從設備的使用企業到生產企業都越來越重視設備的可靠性和效率，而這也正是國產設備與進口設備的主要差距所在。

其中影響精梳機可靠性和效率的一個重要因素就是由牽伸和分離機構的羅拉或膠輥的纏繞而造成的停機頻率。通常情況下，一臺精梳機分離機構羅拉和膠輥數量要遠多于牽伸機構，因此，分離機構的纏繞概率也要遠大于牽伸機構。所以從精梳機的設計制造到使用維護，對分離機構棉網的檢測就顯得尤為關鍵。

目前，對分離機構棉網的檢測是通過在精梳機小臺面上安裝的單眼棉網重量不勻檢測自停裝置，通常簡單的稱作“單眼光電傳感器”。單眼光電傳感器安裝在精梳機小臺面下方的轉動軸上，通過棉條對集束器向下拉力的變化來檢測從分離機構出來的棉網狀況。當精梳機小臺面處出現棉網破損或涌棉時，就說明前方的分離機構出現了纏繞或是后方的集束器出現了堵塞。此時通過集束器的棉條粗細也會發生相應的變化，在摩擦力的作用下，小臺面板將抬起或下沉。集束器口徑根據落棉率和輸出棉條重量且配合小臺面彈簧力量來選擇，通常都備有多種口徑的配置。適當調整單眼光電傳感器軸套旋轉位置，使其處于水平的正常工作狀態，故障指示燈滅（圖1）。棉網破損時小臺面板抬起，故障指示燈亮并停機（圖2）。小臺面集束器被堵時，臺面板下移，故障指示燈亮并停機（圖3）。

目前，這種通過單眼光電傳感器來檢測小臺面棉網狀態的方法被廣泛應用在精梳機上。這種方法相對之前采用的一對對射光電傳感器來檢測所有臺面棉網狀態的方法來說，有著可靠性高、調整簡單、查找故障位置直觀等一系列優勢。但由于國產設備零部件加工精度及可靠性還與進口設備有著較大的差距，因此在國產精梳機中，這種單眼光電傳感器使用效果和可靠性并不理想。

高速精梳機在紡織廠的運行速度都在300鉗次/分以上，而在精梳機高速運轉過程中，完成設定棉條長度停機換桶時，集束器中的棉條靜止后張力發生變化，小臺面在彈簧的作用下向上抬起，誤報為棉網破損故障，導致換桶結束后設備無法自動開機。此外，由于彈簧彈力的差異、集束器口徑選擇不當、零件加工和裝配的誤差以及傳感器裝配調試不到位等多種因素的影響，在正常生產時也將會導致8個單眼光電傳感器經常誤動作或不動作。誤動作會導致精梳機頻繁停機，降低設備生產使用效率，不動作則會造成羅拉或膠輥纏繞后繼續運行，越來越厚的棉網會導致羅拉變形甚至纏繞摩擦引起火災。

為此，我公司利用多年紡織機械的研發經驗，設計了一種沒有機械傳動的基于紅外技術的精梳機臺面棉網檢測裝置。

2 原理及思路

這種檢測裝置主要利用紅外線光電傳感器的原理和技術設計而成的。市場上常用的紅外光電傳感器是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應反射回來的光，據其強弱來檢測物體的存在與否。傳感器首先發出紅外線光束到達或透過目標物體，物體或鏡面對紅外線光束進行反射，傳感器接收反射回來的光束，根據光束的強弱判斷被測物體的狀態。紅外光電傳感器的種類很多，有鏡反射式、漫反射式、槽式和對射式等，結合精梳機臺面板的結構特點我們選用漫反射式紅外光電傳感器。

精梳機導棉板上的棉網寬度約為300mm，分離機構的纏繞在這個寬度范圍內都有可能發生，因此對導棉板上棉網狀態的檢測就不可能只用一個傳感器來完成。根據檢測距離及紅外光的發散角度，經過計算與試驗確定了導棉板上至少應安裝3個紅外光電傳感器才能在300mm寬的導棉板上形成一道紅外光幕，用來檢測分離機構的運行狀況。

棉網經過輸出羅拉后進入小臺面板的集束器，在這一區域內，棉網可能出現纏繞輸出羅拉和堵塞集束器的故障。正常情況下，經過這一區域的棉網會呈現出“三角形”。輸出羅拉纏繞后，該區域的棉網會逐漸消失，而集束器堵塞后，棉網會涌出該區域。正是利用這一現象，在該區域內外各設置一個紅外光電傳感器，用來檢測該區域棉網是否異常。需要注意的是這兩個傳感器狀態相反，一個為常開、另一個為常閉。

這五個紅外光電傳感器在輸出膠輥的前后各形成了一個檢測區域，通過這兩個區域的共同作用，形成了一個對分離機構棉網狀態檢測的完整裝置，完全可以取代原單眼光電傳感器，該裝置位于導棉板的上方4cm～6cm處，結構位置如圖4所示。

精梳機小臺面棉網破損及涌棉的檢測，包括以下幾個步驟：首先，經過分離羅拉和膠輥牽伸后的棉網依次通過導棉板進入第一檢測區，如果在此過程中導棉板上方三個紅外光電傳感器中的任意一個無法檢測到棉網，則說明分離羅拉或膠輥有部分被棉網纏繞，傳感器發出故障信號，精梳機停止工作；否則棉網繼續通過輸出羅拉和膠輥，進入第二檢測區域，此時如果纏繞在輸出羅拉上，上方紅外光電傳感器無法檢測到棉網，發出故障信號，否則棉網經過小臺面板進入集束器后成為棉條，如果集束器被棉條堵塞，傳感器會檢測到該區域多余棉網的出現，也會發出故障信號。

3 試驗情況

從以上步驟可以看出，該裝置對小臺面棉網的狀況檢測主要依靠紅外光電傳感器進行，取消了相關的彈簧及轉動裝置，集束器也不需要根據棉條粗細變換多種規格，只需更換為大口徑的即可，同時也就大大降低了集束器堵塞的概率。小臺面出現故障后，也不再依靠抬起和下降的機械動作作為檢測目標了，徹底消除了機械零件加工和裝配精度的影響。設計完成后，我們對精梳機進行了簡單的改裝和調試，并在紡織企業進行跟蹤試驗。表1是精梳機正常工作時兩種檢測裝置對小臺面板處棉網破損及涌棉兩種故障造成的停機次數對比試驗：

4 結束語

這種檢測裝置取代了原有的單眼光電傳感器，解決了由于機械原因導致的停機率高、可靠性差等問題。該裝置安裝調試方便，安全穩定，可以在原設備上升級改造，其成本與更換單眼光電傳感器相當。該裝置也申請了相關的專利保護，由于該裝置在精梳機臺面棉網檢測方面良好的效果及低廉的成本，相信會被越來越多的精梳設備所采用。