專利名稱：織物引導(dǎo)線跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織，特別是涉及剪布機中的核心部件，即剪布機中的一種織物引導(dǎo)線跟蹤器。
背景技術(shù)：
織物引導(dǎo)線包括織物上的預(yù)制縫，如布縫、皮革縫等，與織物本身顏色差異很大的預(yù)制線條等。
為了提高織物的利用率，剪布機上的剪布刀沿織物上預(yù)制縫將織物剪開。在先技術(shù)中，采用人工監(jiān)視與手動調(diào)節(jié)預(yù)制縫的方式，使預(yù)制縫對準(zhǔn)剪布刀。剪布機運行時，操作人員需要密切注意織物的預(yù)制縫。如果預(yù)制縫相對于剪布刀位置有偏離，則需及時手動控制預(yù)制縫糾正機構(gòu)，將預(yù)制縫糾正到剪布刀位置。由于剪布機上織物是高速運行的，運行過程中預(yù)制縫隨時會偏離剪布刀，操作人員很難長時間及時加以糾正。
上述在先技術(shù)的缺點是1、對準(zhǔn)精度低，廢品率較高。當(dāng)操作人員感到疲倦時，或者由于操作人員的主觀判斷出錯時，無法使預(yù)制縫與剪布刀對準(zhǔn)，以至于剪布機剪出織物的廢品率較高。
2、操作人員工作強度大。由于剪布機上織物是高速運行的，運行過程中預(yù)制縫隨時會偏離剪布機上的剪布刀，操作人員必須時刻精力集中地觀察預(yù)制縫位置，同時必須將預(yù)制縫及時調(diào)整到剪布刀位置。
3、生產(chǎn)效率較低。為了提高對縫精度，降低廢品率，操作人員會減小剪布機運行速度，致使生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的缺點，提供一種探測精度高、探測范圍大、抗干擾能力強且能實時反饋預(yù)制縫位置的織物引導(dǎo)線跟蹤器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種織物引導(dǎo)線跟蹤器，由照明系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成，所述的照明系統(tǒng)與光電探測系統(tǒng)同光軸，在同一光軸上依次是照明系統(tǒng)的紅外光源、準(zhǔn)直鏡和矩形光闌，光電探測系統(tǒng)的濾光片和光電探測器陣列，所述的信號處理系統(tǒng)由信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機和信號輸出電路串連而成，所述的光電探測器陣列的輸出端接信號調(diào)理電路的輸入端，該信號輸出電路的輸出端與PLC控制系統(tǒng)相連，所述的矩形光闌和濾光片之間供具有待測織物引導(dǎo)線的織物放置。
所述的照明系統(tǒng)用于照明織物。光電探測系統(tǒng)用于探測透過織物的光強分布，并將光強轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。信號處理系統(tǒng)用于處理光電探測系統(tǒng)輸出的電信號，并對電信號處理后，輸出預(yù)制縫位置信息。
所述的照明系統(tǒng)包括紅外光源，在紅外光源的輸出光路上依次是準(zhǔn)直鏡和矩形光闌。
所述的光電探測系統(tǒng)包括濾光片和光電探測器陣列，主要用來探測透過織物的光強分布?？椢镌陬A(yù)制縫處的透光強度較大，而在預(yù)制線條處的透射光強與織物其他地方透光強度相比也有很大不同。當(dāng)預(yù)制線條對照明光的吸收大于織物其他地方對照明光的吸收時，則在預(yù)制線條處的透射光強小于織物其他地方的光強；反之，在預(yù)制線條處的透射光強大于織物其他地方的光強。所以根據(jù)光電探測器陣列中每個探測單元的輸出信號不同，便能探測出預(yù)制縫位置。
所述的信號處理系統(tǒng)包括信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機和信號輸出電路，主要用來處理從光電探測系統(tǒng)輸出的模擬信號，且在單片機內(nèi)處理后通過信號輸出電路輸出與預(yù)制縫位置對應(yīng)的編碼，用于控制預(yù)制縫的調(diào)整方向和調(diào)整量。
所述的紅外光源既可工作于直流模式，也可工作于交流調(diào)制模式。
所述的光電探測系統(tǒng)中的濾光片是透過紅外光、阻止可見光的高性能紅外濾光片，用于濾去外界可見光，消除工作環(huán)境中可見光對光電探測器陣列的干擾。
所述的光電探測系統(tǒng)的光電探測器陣列中的探測單元一維線性排列，其中的單元個數(shù)決定了織物引導(dǎo)線跟蹤器的總的探測范圍，每個探測單元的尺寸決定了預(yù)制縫的位置探測精度。
所述的信號處理系統(tǒng)中的信號調(diào)理電路實現(xiàn)對光電探測器陣列中每個探測單元輸出模擬信號的處理，如鎖相放大、濾波放大等。若上述紅外光源工作于直流模式，則信號調(diào)理電路的主要功能是濾波放大；若紅外光源工作于交流調(diào)制模式，則信號調(diào)理電路的主要功能是鎖相放大。
本發(fā)明與在先技術(shù)相比具有下列技術(shù)效果1.操作簡單。本發(fā)明在運行過程中，自動探測并反饋預(yù)制縫位置，不需人工干預(yù)，極大地減輕了操作人員的工作強度。
2.抗干擾能力強。本發(fā)明采用紅外光源和高性能紅外濾光片，消除了工作環(huán)境中可見光的干擾，可以全天候正常工作。
3.響應(yīng)速度快。本發(fā)明采用光學(xué)方法探測預(yù)制縫位置，由于光電探測器響應(yīng)速度快，因此光電探測器陣列輸出信號能實時反應(yīng)預(yù)制縫位置。單片機控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路高速采集光電探測器陣列輸出信號，通過處理實時輸出當(dāng)前預(yù)制縫位置編碼。所以該裝置不會影響剪布機整機的運行速度，生產(chǎn)效率高。
4.對準(zhǔn)精度高。光電探測器陣列中每個探測單元的大小決定了對準(zhǔn)精度，可以采用小尺寸的探測單元，提高本發(fā)明對預(yù)制縫的對準(zhǔn)精度。


圖1是本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器的系統(tǒng)原理圖。
圖2是本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器中矩形光闌的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明中濾光片的透過率曲線圖。
圖4是本發(fā)明中光電探測器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
請參閱圖1，圖1是本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器的系統(tǒng)原理圖。由圖1可見，本發(fā)明包括照明系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)。在照明系統(tǒng)中，沿著紅外光源1發(fā)出的光束前進方向上，依次設(shè)置有準(zhǔn)直鏡2和矩形光闌3，在矩形光闌3后放置的是具有待測預(yù)制縫401的織物4。光電探測系統(tǒng)包括濾光片5和光電探測器陣列6。照明系統(tǒng)和光電探測系統(tǒng)同光軸。光電探測器陣列6輸出的電信號直接送至其后的信號處理系統(tǒng)進行處理。由于織物4在預(yù)制縫401處的透光強度較大，所以光電探測器陣列6中輸出信號最大的探測單元所對應(yīng)的位置，就是預(yù)制縫401所在的位置。在信號處理系統(tǒng)中，來自光電探測器陣列6的模擬信號依次經(jīng)過信號調(diào)理電路7、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8、單片機9和信號輸出電路10，輸出預(yù)制縫位置編碼至PLC控制系統(tǒng)11，PLC控制系統(tǒng)11根據(jù)所接收到的預(yù)制縫位置編碼驅(qū)動電機執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)預(yù)制縫位置的糾正。
所述的照明系統(tǒng)采用紅外光源1，紅外光源1可以是紅外發(fā)光二極管、紅外半導(dǎo)體激光器等。紅外光源1的工作模式可以是直流模式，也可以是交流調(diào)制模式。在交流調(diào)制模式下，紅外光源1的輸出光強被調(diào)制成一定頻率的方波或正弦波。
所述的照明系統(tǒng)中的準(zhǔn)直鏡2用于將紅外光源1發(fā)出的光束準(zhǔn)直，使光束垂直照射到織物4上，以提高預(yù)制縫位置探測精度。
請參閱圖2，圖2是本發(fā)明中矩形光闌3的結(jié)構(gòu)示意圖，其寬度為a，高度為b。所述的矩形光闌3將準(zhǔn)直鏡2輸出的平行光束的橫截面限制成矩形，使照射到織物4上的光強分布均勻。
所述的濾光片5是高性能紅外濾光片。因為光電探測器陣列6的光譜響應(yīng)范圍較廣，對可見光也有較高的靈敏度，而工作環(huán)境中存在著強烈的可見光。所以，本發(fā)明中在光電探測器陣列6前加入了濾光片5，只允許紅外光源1發(fā)出的紅外光通過，而阻止工作環(huán)境中的可見光，使光電探測器陣列6只能接收到紅外光源1發(fā)出的紅外照明光，從而提高了光電探測器陣列6輸出信號的信噪比，也即提高了預(yù)制縫探測與對準(zhǔn)精度。圖3是濾光片5的透過率曲線圖。
請參閱圖4，圖4是光電探測器陣列6的結(jié)構(gòu)示意圖。所述的光電探測器陣列6由多個光電探測器單元一維線性排列而成。光電探測器單元601可以是光電二極管、光電倍增管等。光電探測器陣列6中的探測單元的個數(shù)(w/w1)決定了本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器總的探測范圍，而光電探測器陣列6中的單個探測單元601的尺寸(w1)決定了本發(fā)明預(yù)制縫位置的探測精度。如圖2所示，矩形光闌3的寬a和高b應(yīng)分別大于圖4所示的光電探測器陣列6的寬w和高h。
所述的信號調(diào)理電路7用于處理光電探測器陣列6輸出的模擬信號。若紅外光源1工作于直流模式，則信號調(diào)理電路7主要包括濾波放大模塊；若紅外光源1工作于交流調(diào)制模式，則信號調(diào)理電路7主要包括鎖相放大模塊。信號調(diào)理電路7的特征是，它由多個并行工作的子電路組成，子電路的數(shù)量與光電探測器陣列6的探測單元數(shù)量相同，且一一對應(yīng)。子電路可單獨調(diào)節(jié)，這可以補償照明系統(tǒng)輸出的平行光束橫截面內(nèi)光強分布的不均勻性和光電探測器陣列6中每個探測單元響應(yīng)特性的不一致性。
本發(fā)明使用紅外光源1和高性能的紅外濾光片5，能很好地消除工作環(huán)境中的可見光干擾，明顯地提高了信噪比；若紅外光源1工作于交流調(diào)制模式且信號調(diào)理電路7中包含鎖相放大模塊，則能使信噪比得到進一步的提高。
所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8，主要用于將信號調(diào)理電路7輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
所述的單片機9主要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8采集信號調(diào)理電路7輸出的反映預(yù)制縫位置的電信號，判斷與預(yù)制縫位置對應(yīng)的光電探測器陣列6的探測單元位置，最后通過信號輸出電路10送出當(dāng)前位置編碼。
所述的信號輸出電路10為光耦隔離器，其作用是把單片機9輸出的預(yù)制縫位置編碼送至PLC控制系統(tǒng)11，且單片機9與PLC控制系統(tǒng)11無直接的電氣連接，這可消除外部干擾的影響并保護信號處理系統(tǒng)。
本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器的工作過程如下紅外光源1發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直為平行光束后，入射于矩形光闌3。從矩形光闌3出射的平行光束照射到帶有預(yù)制縫401的織物4表面，在織物4的預(yù)制縫401處的透射光強將大于織物4其他地方的透射光強。從待測織物4出射的光束經(jīng)濾光片5濾去可見光后照射到光電探測器陣列6表面，其中，正對著預(yù)制縫的光電探測單元的輸出信號將比其他探測單元的輸出信號大。光電探測器陣列6的電輸出輸入至信號調(diào)理電路7中進行處理。若紅外光源1工作于交流調(diào)制模式，則信號調(diào)理電路7將光電探測器陣列6的輸出信號進行鎖相放大后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；若紅外光源1工作于直流模式，則信號調(diào)理電路7將光電探測器陣列6的輸出信號進行濾波放大后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器8進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機9通過控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8進行采集光電探測陣列6輸出的包含待測織物預(yù)制縫信息的信號，且在單片機9內(nèi)進行處理，最后得到當(dāng)前預(yù)制縫位置編碼，通過信號輸出電路10輸出位置編碼至PLC控制系統(tǒng)11，從而實現(xiàn)預(yù)制縫位置的精確糾正。
圖1是本發(fā)明的最佳實施例，其具體參數(shù)說明敘述如下紅外光源1采用中心波長為980nm的半導(dǎo)體激光器，功率可調(diào)，且工作于直流模式。矩形光闌的寬a＝60mm，高b＝25mm。濾光片5的基底材料是強烈吸收可見光的有色玻璃，且在基底上鍍了對980nm紅外光增透的光學(xué)薄膜，其透過率曲線如圖3所示，濾光片5對可見光的透過率幾乎為零，而對紅外光的透過率為90％以上。光電探測器陣列6是光電二極管陣列，其中含有11個探測單元，每個探測單元的長度h＝18mm，相鄰探測單元中心距w1＝5.08mm，總的探測范圍是w＝55mm，即剪布刀兩邊各27.5mm。信號調(diào)理電路7由兩級放大器組成，一級放大器實現(xiàn)電流/電壓轉(zhuǎn)換和低通濾波，二級放大器實現(xiàn)信號放大，且放大倍數(shù)可調(diào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8選用的AD芯片是MAX197，具有8個模擬輸入通道，12位轉(zhuǎn)換精度，滿量程為10V。單片機9選用的是Atmel公司的AT89C52芯片，其具有256bit的內(nèi)部RAM和8kbit的內(nèi)部ROM，完全能滿足系統(tǒng)需要。單片機9內(nèi)的程序采用格雷碼對預(yù)制縫位置信息進行編碼；為了防止干擾且保護本電路，信號輸出電路10使用光耦隔離器4N25芯片，使其與后續(xù)系統(tǒng)沒有電氣上的連接。
本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器的預(yù)制縫探測精度為5.08mm，滿足紡織工業(yè)中±10mm的剪布位置精度要求。
經(jīng)試用表明，與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的特點是1.操作簡單。本發(fā)明在運行過程中，自動探測并反饋預(yù)制縫位置，不需人工干預(yù)，極大地減輕了操作人員的工作強度。
2.抗干擾能力強。本發(fā)明采用紅外光源和高性能紅外濾光片，消除了工作環(huán)境中可見光的干擾，可以全天候正常工作。
3.響應(yīng)速度快。本發(fā)明采用光學(xué)方法探測預(yù)制縫位置，由于光電探測器響應(yīng)速度快，因此光電探測器陣列輸出信號能實時反應(yīng)預(yù)制縫位置。單片機控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路高速采集光電探測器陣列輸出信號，通過處理實時輸出當(dāng)前預(yù)制縫位置編碼。所以該裝置不會影響剪布機整機的運行速度，生產(chǎn)效率高。
4.對準(zhǔn)精度高。光電探測器陣列中每個探測單元的大小決定了對準(zhǔn)精度，可以采用小尺寸的探測單元，提高本發(fā)明對預(yù)制縫的對準(zhǔn)精度。
本發(fā)明織物引導(dǎo)線跟蹤器能實時準(zhǔn)確地將當(dāng)前預(yù)制縫位置信息送至PLC控制系統(tǒng)11，PLC控制系統(tǒng)11將預(yù)制縫與剪布刀位置精確對準(zhǔn)，實現(xiàn)剪布過程的自動化和智能化，完全避免了主觀因素影響，極大地提高工作效率、降低了剪布廢品率。
權(quán)利要求
1.一種織物引導(dǎo)線跟蹤器，特征在于其由照明系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成，所述的照明系統(tǒng)與光電探測系統(tǒng)同光軸，在同一光軸上依次是照明系統(tǒng)的紅外光源(1)、準(zhǔn)直鏡(2)和矩形光闌(3)，光電探測系統(tǒng)的濾光片(5)和光電探測器陣列(6)，所述的信號處理系統(tǒng)由信號調(diào)理電路(7)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)、單片機(9)和信號輸出電路(10)串連而成，所述的光電探測器陣列(6)的輸出端接信號調(diào)理電路(7)的輸入端，該信號輸出電路的輸出端(10)與PLC控制系統(tǒng)(11)相連，所述的矩形光闌(3)和濾光片(5)之間供具有待測布縫(401)的布匹(4)放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物引導(dǎo)線跟蹤器，其特征在于所述的紅外光源(1)為紅外發(fā)光二極管或紅外半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的織物引導(dǎo)線跟蹤器，其特征在于所述的紅外光源(1)的工作模式為直流模式，或交流調(diào)制模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物引導(dǎo)線跟蹤器，其特征在于所述的信號調(diào)理電路(7)實現(xiàn)對光電探測器陣列(6)中每個探測單元(601)輸出模擬信號的處理，若所述的紅外光源(1)工作于直流模式，則信號調(diào)理電路(7)的主要功能是濾波放大；若紅外光源(1)工作于交流調(diào)制模式，則信號調(diào)理電路(7)的主要功能是鎖相放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物引導(dǎo)線跟蹤器，其特征在于所述的光電探測器陣列(6)中的光電探測單元(601)一維線性排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物引導(dǎo)線跟蹤器，其特征在于所述的信號輸出電路(10)為光耦隔離器。
全文摘要
一種織物引導(dǎo)線跟蹤器，由照明系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成，所述的照明系統(tǒng)與光電探測系統(tǒng)同光軸，在同一光軸上依次是照明系統(tǒng)的紅外光源、準(zhǔn)直鏡和矩形光闌，光電探測系統(tǒng)的濾光片和光電探測器陣列，所述的信號處理系統(tǒng)由信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機和信號輸出電路串連而成，所述的光電探測器陣列的輸出端接信號調(diào)理電路的輸入端，該信號輸出電路的輸出端與PLC控制系統(tǒng)相連，所述的矩形光闌和濾光片之間供具有待測布縫的布匹放置。本發(fā)明具有探測精度高、探測范圍大、抗干擾能力強、響應(yīng)速度快和操作簡單的特點。
文檔編號G01B11/00GK1851106SQ200610027140
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者黃立華, 趙永凱, 黃惠杰, 鄭道年, 劉蕾, 余琨, 吳文兵, 張友寶, 王向朝 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所, 上海增爾適科技發(fā)展有限公司