阅读说明：本技术 一种智能纱架及其使用方法 () 是由 屠佳佳 史伟民 戴宁 毛慧敏 王俊茹 汝欣 朱婉珍 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能纱架及其使用方法。本发明利用在筒子架上安装电容传感器的方式,根据纱线使用过程中电容极板之间介质不断变化导致电容值变化的原理,实时采集两极板之间的电容值,并显示在显示柱和显示屏上,支持纱线不足报警功能,同时利用显示屏显示纱线余量、纱线用量以及断线次数、报警次数等各类数据,未有见相关智能纱架装置,设计结构清晰,可靠性高。()

一种智能纱架及其使用方法

技术领域

本发明属于纺织行业智能制造领域，特别涉及一种智能纱架及其使用方法。

背景内容

随着智能制造概念的提出，各类制造业都在政策引导下开始积极探索与实践，而纺织行业作为我国制造业的重要支柱产业之一，加强纺织装备的智能化、设计过程智能化、加工工艺的优化，管理的信息化、服务的便捷化是其必经之路。作为纺织装备中必不可缺的组成部分，纱架的智能化也是实现纺织智能制造的关键因素之一。

目前，市场上现存的以及纺织厂使用的纱架基本都是普通的纱架，仅作为放置和支撑纱筒的工具，实现为织机续线的最简单功能。纱线用完时，需要人工实时观察空筒状况，然后人工参与换纱筒，导致无法真正实现纺织工厂的智能化。因此提出一种智能纱架及其使用方法，能够自动识别纱线是否用完，以及获取定位、纱线使用量、剩余量等数据，不仅能释放劳动力而且效果大大优于人力。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，本发明公开了一种智能纱架及其使用方法。本发明利用在筒子架上安装电容传感器的方式，根据纱线使用过程中电容极板之间介质不断变化导致电容值变化的原理，实时采集两极板之间的电容值，并显示在显示柱和显示屏上，支持纱线不足报警功能，同时利用显示屏显示纱线余量、纱线用量以及断线次数、报警次数等各类数据，未有见相关智能纱架装置，设计结构清晰，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种智能纱架，包括支架，支架外周固定连接有若干支撑杆2，支撑杆2上安装有若干用于放置纱筒7的筒子架5，筒子架5上安装有电容传感器4的一个电容片，支撑杆2上固定有电容传感器4的另一个电容片；电容传感器4有线或无线连接有纱线余量显示装置。

进一步的改进，所述纱线余量显示装置为纱线余量显示器3。

进一步的改进，所述电容传感器4通过智能控制装置10与纱线余量显示器3有线或无线连接。

进一步的改进，所述智能控制装置10有线或无线连接有触摸显示屏9。

进一步的改进，所述数据采集处理模块10为电脑主机或单片机。

进一步的改进，所述支架为中空支架1，中空支架1上安装有电源接口11。

进一步的改进，所述电容传感器4有线或无线连接有报警器。

进一步的改进，所述筒子架5上安装的电容片为定极板12；支撑杆2上安装的电容片为动极板13；支撑杆2上成形有供动极板13滑动的滑轨14；动极板13连接有升降机构，所述升降机构为气缸、油缸或丝杆机构；定极板12的长度大于动极板13的长度。

一种上述的智能纱架的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、启动智能纱架，智能控制装置10自检，确认纱架是否处于正常状态，若存在问题则发出报警信号，如果正常则可以开始后续工作；

步骤二、放置纱筒到筒子架上时，在触摸显示屏9显示屏上按键或远程设置初始化，电容传感器检测纱线余量并将纱线使用情况实时显示在纱线余量显示装置上；

步骤三、当纱线余量显示装置上显示某个纱筒上的纱线低于设定阈值时，工作人员更换纱筒。

进一步的改进，所述纱线余量显示装置为纱线余量显示器3，纱线余量显示器3由若干个液晶条组成。

进一步的改进，所述触摸显示屏9还用于显示纱架纱线余量、历史数据、实时数据和报警数据。

本发明的优点如下所示：

1、装置创新：智能纱架装置由纱架本体、微处理器、电容传感器、显示柱以及显示屏等组成，其利用在筒子架上安装电容传感器的方式，根据纱线使用过程中电容极板之间介质不断变化导致电容值变化的原理，实时采集两极板之间的电容值，并显示在显示柱和显示屏上，支持纱线不足报警功能，同时利用显示屏显示纱线余量、纱线用量以及断线次数、报警次数等各类数据，未有见相关智能纱架装置，设计结构清晰，可靠性高。

2、方法创新：可根据实际使用需求灵活设置纱线余量报警线，并利用纱架同层L位和R位为同规格纱筒，基本消除了电容传感器精度对换筒时间的影响和保证了有足够的换筒时间。另外显示柱和纱架电子编号设计在纱架顶部位置，可以为视觉检测、判别纱线使用情况提供基础，未见有相关解决方案。

附图说明

图1 为本发明的总体结构示意图。

图2 为纱线余量显示器的结构图。

图3为实施例2中定极板与动极板的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明设计的智能纱架结构示意图如图1所示，为纺织工厂中最普通、最常用的三角形风管式纱架。为了便于定位，将上图中的纱架左侧筒子架定义为L位，右侧纱筒架为R位，具体各部分结构描述如下：

1为支撑杆，作为纱架结构的主要组成部分，用于整体的支撑。

2为中空支架，具体为双层中空支架，支架分为内侧层和外侧层，内侧层用于穿纱线，必须按照穿纱机构标准设置厚度；外侧层用于穿电缆，在保证纱架电源、通信线缆放得下的原则上尽量做得紧凑，以节约空间和设计美观。外侧层嵌入式安装3纱线余量显示器、6纱架编号显示器、10智能控制装置；外侧层表面安装9显示屏以及11电源通信接口。

3为纱线余量显示器，嵌入式安装在2双层中空支架外侧层靠近顶部位置，其结构图如图3所示。纱线余量显示柱分别对应各自纱筒的位置，左侧为L1，L2，L3，L4显示柱，右侧R1，R2，R3，R4显示柱，分别显示对应纱筒的纱线余量。每个显示柱由若干个液晶条组成，满柱时表示纱线余量充足，半柱时代表纱线使用过半，支持纱线余量报警设置功能，例如可设置在2柱或者1柱显示时，发出报警信号提醒纱线即将用完，请求更换纱筒。纱线余量同时可以结合显示柱颜色加以区分，报警线以上时显示柱为绿色显示，处于报警线时显示柱为黄色显示，纱线使用完时显示柱为红色显示。在实际使用中，智能纱架一般置于龙门架下，显示柱安装在靠近支架顶部处，方便龙门架上的摄像机在使用视觉检测时抓拍显示柱图像，以图像处理技术判别各个纱筒的纱线情。

4为筒子架，用于放置各类纱筒，筒子架的位置对应着纱筒的位置。为了方便上位机定位，必须将筒子架进行编号，具体编号如下：按从下到上分为1、2…n层，因此左侧L位纱筒架编号从下到上依次分别为：L1，L2…Ln；右侧R位纱筒架编号从下到上依次分别为：R1，R2…Rn，n由实际桁架机器人高度决定，图中仅显示为4层，但不限于4层。按照续线规则，同层筒子架须使用同规格纱线。

5为电容传感器，采用双极板形式，其中一块极板粘附于筒子架上，另一块极板安装于纱架立杆上。当筒子架上未放置纱筒时，两极板之间的介质为空气；当筒子架上放置纱筒时，两极板之间的介质为纱线、纱筒和空气；当筒子架上的纱筒纱线使用完时，两极板之间的介质为纱筒和空气。

而电容式传感器在不考虑边缘效应的前提下，两个极板之间电容可表示：

C=εS/d；

其中，ε表示两个极板之间介质的介电常数，S表示两个极板之间相互覆盖的面积，d表示两个极板之间的距离，电容受这三个参数影响，任意一参数的改变就会使得电容得以改变。

因此可以利用电容传感器测量纱线使用情况，当纱筒纱线在不停的使用时，电容传感器输出的电容值随之发生变化，并将电容信号通过电荷放大器转换成电压信号，经过RC滤波、放大后被数据采集设备采集，数据采集设备可根据采集到的数据精确判断纱线使用情况以及纱线是否用完。

电容传感器具有的优点如下：价格便宜、灵敏度高、准确性好；结构简单；温度稳定性好；具有平均效应；动态响应性好等。

6为纱架编号显示器，采用数码管形式的电子编号，位数可按实际情况设计，用于纱架编号显示，方便对纱架进行定位和识别，同时可利用上位机灵活设置编号。纱架编号设置在紧挨着纱线余量显示器的下方，方便龙门架上的摄像机抓拍图像，识别纱架编号，定位纱架位置。

7为圆柱形纱筒，属于常用的纱筒类型，内筒中空，纱线绕成圆柱形。

8为圆锥形纱筒，属于常用的纱筒类型，内筒中空，纱线绕成圆锥形。

9为触摸显示屏，作为智能纱架的人机交互界面，采用常规组态屏，支持触摸功能，主要显示纱架纱线余量、历史数据、实时数据、报警数据等，一方面以支架图形显示，另一方面直接以数据显示。显示屏支持按键调节功能，包括空筒质量、纱筒类型、报警线等参数的设置以及支持复位、清零等功能。

10为智能控制装置，嵌入式安装在中控支架外侧层。该模块采用集成电路板形式，以ARM单片机为核心处理器，配合模块化设计的输入、输出***电路，方便功能扩展。该模块主要负责各类传感器数据的采集、处理和传输以及上位机信号的接收与控制等功能，可利用RS232、RS485、WiFi、蓝牙、以太网、运营商网络等通信方式连接至上位机或触摸显示屏。

11为电源通信接口，采用航空插头形式，具有防水、密封性和稳定性好的优点，主要为智能支架系统提供电源，以及有线通信功能。

智能纱架控制部分，主要由微处理器、数据存储器、传感器、测量转换电路、AD转换器以及远程调度平台、现地显示屏、报警输出装置等组成。

传感器采集到非电量信号后，通过电桥等测量转换电路将非电量信号转换为电压或电流信号，再利用AD转换器将电压或电流等模拟量信号转换成数字量信号，然后被微处理器获取，获取的数据一方面保存至数据存储器和远程调度平台，另一方面显示在纱架上的液晶屏上。微处理器采用ARM为核心的单片微型计算机。

实施例2

在实施例1的基础上做如图3所示的改进：

图中，14为滑轨，用于控制和定位动极板13移动的路线，利用控制器控制步进电机或伺服电机的正反转来实现动极板沿滑轨运动。

13为电容传感器的动极板，可以跟随纱筒纱线使用自动移位。当纱线使用完需要更换新纱筒时，动极板被移动至滑轨顶部，便于空筒夹取以及新纱筒放置；新纱筒放置稳定后，动极板下移至新纱筒上方微小距离处（即动极板的原位），微小距离处根据调试时的实际测量的电容值来控制，这样一方面有利于保证电容值测量的准确性，提高纱线余量测量的精度；另一方面不会影响纱线的正常使用。

12为定极板安装在5筒子架上，为了保证测量准确的，定极板比动极板要长，保证定极板在滑轨最上方时都能有足够大的有效面积，提高测量准确度。

上述实例仅是本发明的一个具体实施方式，对其的简单变换、替换等也均在发明的保护范围内。