1 織物緯密、緯斜傳感器
1.1 光柵傳感器的原理
光柵傳感器是一種新型的位移傳感器。它不但可以測(cè)量位移(長(zhǎng)度)，而且還可以測(cè)量坐標(biāo)、角度、速度和加速度。這種傳感器的特點(diǎn)是測(cè)量精度高(可達(dá)±1m，國(guó)外光柵測(cè)量?jī)x的分辦率可達(dá)0.5μm)、響應(yīng)速度快和量程范圍廣等。因此，在機(jī)械加工和自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。
光柵傳感器由標(biāo)尺光柵和指示光柵組成，兩者的光刻密度相同，但體長(zhǎng)相差很多，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
光柵條紋密度一般為25條/mm，50條/nm，100條/nm和250條/nm四種。
把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度θ，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱(chēng)為莫爾條紋，如圖2所示。
當(dāng)光柵沿圖2的方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋將向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)節(jié)距P時(shí)，條紋將移動(dòng)距離d。如光柵向另一方向移動(dòng)時(shí)，條紋則向下移動(dòng)，若θ很小，則有：
式中：d——莫爾條紋間距，nm；P——光柵節(jié)距，nm；θ——標(biāo)尺光柵與指示光柵的夾角，rad。
這種效應(yīng)提供了一種可觀測(cè)的條紋，因?yàn)槊慨?dāng)移動(dòng)一個(gè)柵節(jié)距時(shí)，莫爾條紋就移動(dòng)一個(gè)較長(zhǎng)的距離d。
光柵可分透射光柵和反射光柵兩種，其結(jié)構(gòu)原理如圖3透射光柵的線條刻制在透明的光學(xué)玻璃上；反射光柵的線條刻制在具有強(qiáng)反射能力的金屬板上，一般用不銹鋼。
為了獲得相位依次相差90°的電信號(hào)，使用四個(gè)光電元件，并調(diào)整到使光電元件A、B、C、D的輸出彼此相差90°電角度，則A與C，B與D的輸出為反相，如圖4所示。
1—光源 2—透鏡 3—指示光柵 4—標(biāo)尺光柵 5—光電元件
為了提高位移測(cè)量精度，要求儀表具有較小的分度值，減少柵距可以部分地達(dá)到這一目的，但畢竟是有限的。為此，目前廣泛地用內(nèi)插法把光柵柵距加以細(xì)分，即減小脈沖當(dāng)量，提高儀器的分辦能力，從而提高測(cè)量精度。
1.2 檢測(cè)織物密度的傳感器
ZML型緯紗和網(wǎng)格計(jì)數(shù)器用來(lái)測(cè)定緯紗的數(shù)目及相對(duì)距離。圖5是工作原理示意圖。
1—光發(fā)送器 2—光接收器 3—光電距離發(fā)送器 4—測(cè)量控制器 5 操作器Ⅰ、操作器Ⅱ 6—指示器
織物的單紗通過(guò)精密光學(xué)透鏡，投射到光接收器2上，產(chǎn)生一正弦交流信號(hào)，它的頻率是與給定距離內(nèi)的紗線數(shù)量成正比的。該信號(hào)經(jīng)過(guò)光電變換，前置放大后進(jìn)入測(cè)量控制器4進(jìn)行放大，變換、計(jì)算再通過(guò)電子門(mén)電路而輸入到計(jì)數(shù)中。另外在運(yùn)動(dòng)的布面上還裝有無(wú)打滑現(xiàn)象的光電距離發(fā)送器3，其結(jié)構(gòu)和原理與DMA、DMG型伸縮測(cè)量裝置中的沖脈發(fā)送器相同。
當(dāng)通過(guò)預(yù)先設(shè)定的距離時(shí)，該光電距離發(fā)送器發(fā)送出接通或斷開(kāi)的電氣信號(hào)，加到電子門(mén)上，這就反映出在規(guī)定的長(zhǎng)度內(nèi)的緯紗或網(wǎng)格的數(shù)目，所得到的數(shù)字結(jié)果輸?shù)叫⌒陀?jì)算機(jī)并變換成模擬量，作為一個(gè)控制信號(hào)在指示器6上指示出來(lái)。
標(biāo)準(zhǔn)量程為5~50根/cm，也可供應(yīng)特殊量程。測(cè)量密度為0.15根/cm，測(cè)量距離為7cm，最低車(chē)速(在最小紗線計(jì)數(shù)時(shí))約為3.6m/min，最高車(chē)速(在最大紗線計(jì)數(shù)量)約為200m/min。
瑪諾公司的在線檢測(cè)機(jī)織物緯密和針織物目數(shù)的裝置(FAMCONT PMC-9)，是一種靈敏的非接觸式感光電子傳感器，可根據(jù)織物的厚薄選用穿透光或反射光檢測(cè)，不受織物的表面組織的影響，精度達(dá)0.1picks/cm，具有雙直面、數(shù)字界面，接觸式彩色顯示屏和工藝數(shù)據(jù)記錄的功能，檢測(cè)范圍70根/cm，適宜車(chē)速100~150m/min。
2 緯斜檢測(cè)
光電整緯理論首先是由Mahlo公司1959提出，并制成了第一臺(tái)電子管式光電整緯器，由于采用電子管器件體積較大功耗也大，從20世紀(jì)60年代起開(kāi)始用半導(dǎo)體元件，并不斷改進(jìn)直到目前采用集成元件，控制箱體積較緊湊，功耗也大為減少，最新型的RFMC-7或RFMC-7N型控制箱電源容量只需約1kV·A。
ORTHOMAT光電整緯器適用于多品種，其中S型適用于機(jī)織物，N型適用于針織物。由于針織物提花結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，為了正確采集緯斜信號(hào)。所以N型光電整緯器的檢測(cè)頭采用電磁振動(dòng)式，在工作過(guò)程中其光柵以每秒10次的頻率和±8°振幅范圍內(nèi)振動(dòng)。整個(gè)N型檢測(cè)頭由外殼體、內(nèi)支架、光柵、電磁振蕩器、伺服電動(dòng)機(jī)、電位器、取位開(kāi)關(guān)、撥叉、印刷電路板、硅光電池等組成。N型檢測(cè)頭的工作原理是：當(dāng)緯斜超過(guò)0.1°時(shí)，硅光電池便有信號(hào)輸出，信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)偏轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向由斜緯方向決定，伺服電動(dòng)機(jī)偏轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光柵一起偏轉(zhuǎn)，從而使緯紗與光柵之間的夾角得到自動(dòng)調(diào)整，直至當(dāng)夾角小于0.1°時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。線性矯正范圍±0.2°~±10°，最小位移量5mm(幅寬1800mm)。
2.1 緯斜測(cè)量原理
如肉眼從織物上產(chǎn)生的不同光亮度的條紋而感覺(jué)織物的緯紗位置，ORTHOMAT掃描器通過(guò)明暗調(diào)制光電效應(yīng)反映織物緯紗或線圈結(jié)構(gòu)的位置并發(fā)出成比例的交流電信號(hào)。計(jì)算電路從這些信號(hào)的大小和方向取得紗線的瞬時(shí)位置信息并由此不斷測(cè)定與所給定的正常位置的偏差，即“緯斜”。
織物的緯斜會(huì)改變它的基本組織，降低織物的使用價(jià)值，影響到以后的生產(chǎn)工序，并會(huì)導(dǎo)致客戶的抱怨。歐特瑪光電整緯器能自動(dòng)探測(cè)緯斜量并自動(dòng)矯正之。歐特瑪光電探測(cè)頭可以自動(dòng)探測(cè)及分析機(jī)織物、針織物的緯斜量，而不受織物顏色或印花圖案和絨毛及織物毛圈的影響。
探測(cè)頭及其對(duì)應(yīng)的光源燈泡均勻地分布在織物幅寬內(nèi)。探測(cè)頭根據(jù)織物的密度自動(dòng)調(diào)節(jié)光源的亮度，并在探測(cè)頭接收器上接收到明暗交替的信號(hào)。每個(gè)探測(cè)頭里的玻璃圓棒在水平方向上成角度地上
下寸動(dòng)。當(dāng)緯紗與玻璃圓棒平行時(shí)，信號(hào)最為顯著；當(dāng)緯紗與玻璃圓棒逐漸成角度時(shí)，信號(hào)將減弱，直到緯紗與玻璃圓棒垂直時(shí)為最弱。
探測(cè)系統(tǒng)可以分析各種信號(hào)變量，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出緯斜角度度數(shù)。圖6是探測(cè)頭上的玻璃圓棒示意圖。
對(duì)于某些特定的織物，如燈芯絨，表面結(jié)構(gòu)可以辨認(rèn)，但光線還是無(wú)法穿透，用反射光探測(cè)比穿透光探測(cè)更為合適。因此，在每個(gè)歐特瑪探測(cè)頭的下部都有一排發(fā)光二極管可以作為反射光源而與標(biāo)準(zhǔn)穿透光源交替切換使用。見(jiàn)圖7。
RFMC-7aS型，用于梭織布或簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的針織布。它具有光電掃描器。信號(hào)由模擬計(jì)算得出。輸出端信號(hào)與緯斜方向相符。矯正輥的調(diào)節(jié)參數(shù)可以在總指示裝置的兩個(gè)指示表上讀取。指示表指針可以根據(jù)用戶要求即時(shí)標(biāo)克在掃描器觀察下的紗線位置。
RFMC-9H型，用于各種紡織品，以數(shù)控原理進(jìn)行工作。它對(duì)緯紗緯斜程度大小不同所處的角度范圍進(jìn)行循環(huán)掃描，微處理器從光電掃描器的信號(hào)中不斷計(jì)算出與所給定的正常位置的偏差。每一個(gè)掃描器的輸出端信號(hào)與緯斜角度精確成比例。該信號(hào)可以通過(guò)角度的校調(diào)在屏幕上呈現(xiàn)，也可打印出作為記錄，表示總調(diào)節(jié)參數(shù)。
圖8是緯斜與織物寬度的函數(shù)關(guān)系示意圖。
圖9是輸出信號(hào)與緯斜角度的函數(shù)關(guān)系示意圖。
緯斜通過(guò)歐特瑪(FMC型或RFMC型)光電整緯器的探測(cè)頭可精確地、角度成比例地被探測(cè)到，并直接在顯示屏上準(zhǔn)確地反映出實(shí)際的結(jié)斜情況。見(jiàn)圖10所示。
在顯示屏上可以看到三條橫向光帶，即探測(cè)頭探測(cè)到的現(xiàn)時(shí)緯斜形狀。在車(chē)速較快的情況下，操作人員由肉眼在機(jī)器上是分辨不出織物的緯斜情況的；有了顯示屏，只要在屏幕上一瞥，即可一目了然，并還能看到現(xiàn)時(shí)斜緯和弧緯的百分比值。
另外，屏幕的下半部分將持續(xù)不斷地顯示前60min內(nèi)斜緯和弧緯的記錄情況，圖形也不斷地通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)即時(shí)更新，圖形比例也可以根據(jù)要求來(lái)設(shè)置。在橫向光帶左右的箭頭表示織物的流向，它的右下部分的數(shù)據(jù)表示預(yù)先設(shè)定緯斜量。
