專利名稱：基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓筒織物縱向開裁的系統(tǒng)，尤其是一種基于一維位置敏感傳感 器的引導(dǎo)線縫位置識別系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紡織工業(yè)中，針織布通常被織成筒巻狀的。圓筒針織布在染整前需要將布 剖開然后展布。這樣才能進(jìn)行后面的一系列染整加工流程。在進(jìn)行剖布時要嚴(yán) 格按照一定路徑剖布，為了實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的要求，在織布的時候，筒狀針織 布上會少織一條經(jīng)線，在布料上形成引導(dǎo)線縫。進(jìn)行剖布的時候，刀片最好是 始終沿著這條引導(dǎo)線縫來切，實現(xiàn)剖布路徑可控。
在自動化生產(chǎn)中，剖布的速度非常快，能夠達(dá)到60-120m/min，在剖開的過 程中要時刻保證剖布刀片對準(zhǔn)織物的那條引導(dǎo)線縫，由于在染布以及脫干退捻 過程中筒狀織物變成繩狀或在輸送過程中機(jī)器振動等其他不確定因素，線縫常 常偏離刀片，因此需要加入一套自動控制系統(tǒng)來糾偏此引導(dǎo)線縫，要糾偏首先 要對引導(dǎo)線縫進(jìn)行自動識別。
目前國內(nèi)的剖布機(jī)主要是通過操作工人人眼觀測引導(dǎo)線縫，然后手動調(diào)節(jié) 布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)，在高速長時間剖布下勞動強(qiáng)度較大，人易疲勞。在自動化 控制方面，國外如意大利CORINO公司的高速剖布機(jī)，引導(dǎo)線縫的識別系統(tǒng)是 利用高速CCD設(shè)備來對引導(dǎo)線縫進(jìn)行識別，其特點是反應(yīng)速度快，識別精度高， 但是這個部件價格非常昂貴。而目前國內(nèi)市場上常見的CCD，其一秒只能處理 25幀畫面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這種高速剖布機(jī)的要求。
在國內(nèi)，也有人提出利用光電探測器陣列傳感器來實現(xiàn)引導(dǎo)線縫跟蹤的目 的。在專利ZL200610027140《織物引導(dǎo)線跟蹤器》中，作者提出采用光電探測 器，將多個光電探測器并行排列組成一個光電探測器陣列，通過采集各個光電 探測器的輸出信號，判斷透過線縫的光斑照射在哪一塊光電探測器..t.，來得到 線縫的位置。這種方法有以下特點1、精度等于相并的兩個探測器中心的距 離。2、其識別的位移量是離散值，不是連續(xù)的位移量。3、結(jié)構(gòu)簡單，處理電 路簡單，數(shù)據(jù)的處理簡單。由于光電探測器寬度的限制， 一般其間距為5mm， 所以采用該方法能夠達(dá)到的精度也是5mm，而線縫寬度約l-2mm，這里的精度 不夠高。如果光斑透過線縫照在了兩塊光電探測器之間，那么通過這種方法就識別不出來線縫的位置，也就是說這種方法存在探測死區(qū)，而且至今尚未見有 相應(yīng)的市售自動剖布機(jī)產(chǎn)品。
由此可見，研制一種能夠快速，準(zhǔn)確并且視角范圍無死區(qū)的線縫位置識別 系統(tǒng)就很有必要了。

發(fā)明內(nèi)容
針對國內(nèi)已存在的專利在引導(dǎo)線縫跟蹤應(yīng)用上精度不高，且視角存在死區(qū)
等不足，本發(fā)明的目的基于一維位置敏感傳感器PSD的光電效應(yīng)，提出一種基 于一維位置敏感傳感器的弓I導(dǎo)線縫位置識別系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括圓筒針織布剖布機(jī)械裝置；還包括光源產(chǎn)生裝置、引導(dǎo)線縫信 號識別單元以和信號處理單元；其中光源產(chǎn)生裝置水平放置在圓筒布內(nèi)，剖布 刀片的正上方，光源產(chǎn)生裝置發(fā)出的光束正對布料上的引導(dǎo)線縫；引導(dǎo)線縫信 號識別單元放置在圓筒布的外部，并且也水平放置使光源發(fā)出的光正對一維位 置敏感傳感器的表面，信號處理單元與主控制器連接。
所述的光源產(chǎn)生裝置是在平行光管可移動部分安裝近紅外LED燈以及在光 管的前部安裝透鏡。
所述的引導(dǎo)線縫信號識別單元由多塊一維位置敏感傳感器PSD按照感光線 性區(qū)首尾串接并安裝在PSD固定插座上。
所述的信號處理電路是由多個相同的子電路構(gòu)成，其中每一個子電路的兩 個輸入端分別與傳感器的輸出極通過固定插座由導(dǎo)線連接；信號處理電路的一 個子電路由兩個前置放大器，兩個RC濾波器，兩個后置反相器以及兩個采樣保 持器組成； 一維位置敏感傳感器的兩個輸出極經(jīng)過固定插座由導(dǎo)線分別接至兩 個前置放大器的輸入端，經(jīng)前置放大器轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過RC濾波器濾波后連接到 用來將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓的后置反相器的輸入端上，后置反相器的輸出端與 采樣保持器的輸入端連接，經(jīng)采樣保持電路后的信號直接接入到主控制器的接 口中。
本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明利用一維位置敏感傳感器的光電效應(yīng)，檢測精度高，并且能夠在較 短的時間內(nèi)檢測到引導(dǎo)線縫，計算出引導(dǎo)線縫的位置，做到快速響應(yīng)性跟良好 的精確性。本發(fā)明提出將多塊位置敏感傳感器組合起來使用的方法，將多塊PSD 接插在自行設(shè)計的固定插座上，使得識別視角范圍寬廣，無死區(qū)。處理電路跟 程序流程簡單，提高了識別線縫的工作效率。本發(fā)明還可以用于檢測帶有小孔或縫隙的工件或其他材料的位置。


圖l是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的PSD組合模塊的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明的PSD固定插座簡圖。 圖4是本發(fā)明的信號處理子電路示意圖。 圖5是本發(fā)明的處理程序流程圖。
圖中1、布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)，2、布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)，3、圓筒針 織布，4、導(dǎo)布籠，5、平行光管，6、近紅外LED燈，7、透鏡，8、剖布刀片， 9、 PSD組合陣列，10、 PSD固定插座，11、 PSD信號處理電路，12、主控制器， 13、導(dǎo)布輥筒。
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(jìn)一步的說明。
如圖1所示，該發(fā)明包括圓筒針織布剖布機(jī)械裝置；還包括光源產(chǎn)生裝置、 引導(dǎo)線縫信號識別單元以和信號處理單元；其中光源產(chǎn)生裝置水平放置在圓筒 布內(nèi)，剖布刀片的正上方10cm處，光源產(chǎn)生裝置的前端距離布料10cm，光源 產(chǎn)生裝置發(fā)出的光束正對布料上的引導(dǎo)線縫；引導(dǎo)線縫信號識別單元放置在圓 筒布的外部距離布料10cm處，并且也水平放置使光源發(fā)出的光正對一維位置敏 感傳感器的表面，引導(dǎo)線縫信號識別單元的輸出信號通過導(dǎo)線與信號處理單元 相連；信號處理單元與主控制器連接。
所述的光源產(chǎn)生裝置是在平行光管5的可移動部分安裝近紅外LED燈6以 及在光管的前部安裝透鏡7。由于PSD的光譜特性，波長600nm-900nm的光對 PSD的感光效應(yīng)較好，本發(fā)明所用近紅外LED燈6采用波長為900nm的大功率 LED燈。近紅外LED燈6的亮滅受到主控制器12的控制，通過調(diào)節(jié)平行光管5 使得紅外LED燈位于透鏡7的焦點位置，點光源發(fā)出的光透過透鏡7，可以獲 得均勻的平行光束。
所述的引導(dǎo)線縫信號識別單元由多塊一維位置敏感傳感器PSD按照感光線
性區(qū)首尾串接所組成的PSD組合陣列9安裝在PSD固定插座10上組成，其中 PSD組合陣列9的相應(yīng)引腳插嵌在PSD固定插座10中并且通過螺釘固定在插 座上。本發(fā)明應(yīng)用位置敏感傳感器PSD的光電效應(yīng)原理來實現(xiàn)引導(dǎo)線縫的識別
5過程。 一維PSD是一種基于橫向光電效應(yīng)的光電位置敏感器件，它相當(dāng)于一塊 大面積的PN結(jié)。它是一種非分割型器件，可將光敏面上的光點位置轉(zhuǎn)化為電信 號，當(dāng)一束光入射到PSD上時，在同一面上的不同電極之間將會有電流流過， 這種電壓或者電流隨著光點位置變化而變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的橫向光電效 應(yīng)。當(dāng)光點照射在一維PSD的感光面上，將在入射點和引出電極間產(chǎn)生橫向電 勢，而入射點和引出電極之間的電阻率相等，所以引出電極輸出的光電流大小 與入射點到引出電極的距離成反比。根據(jù)兩個電極輸出的電流和電極間距可計 算出光點距離電極的位置。當(dāng)透過引導(dǎo)線縫的條狀光斑照射在位置敏感傳感器 某個位置，其兩極會產(chǎn)生相應(yīng)的光生電流，通過得到兩極電流的大小71, ^與PSD 的感光區(qū)長度L，由公式％ = ^^*丄便可得到的光斑離PSD中心的距離X。
PSD具有響應(yīng)速度快(可達(dá)微秒級)，分辨精度高(可達(dá)微米級)，能夠輸出連 續(xù)的電流信號并且位置敏感傳感器的位置信號數(shù)據(jù)與光點在探測器上的形狀無 關(guān)的特點。本發(fā)明實施例中采用的是日本濱松光子有限公司生產(chǎn)的一維PSD， 型號為S3270，其感光區(qū)長度為37mm是該系列長度最長的一維PSD。由于這 里需要寬度大的識別范圍，所以一塊PSD還不夠，本發(fā)明將同型號的三片一維 位置敏感傳感器按照線性區(qū)首尾相接的規(guī)則組合起來，如圖2，構(gòu)成了 PSD組 合陣列9。通過PSD固定插座10將PSD組合陣列9固定起來，并實現(xiàn)其電路 的連接。如圖3，本實施例采用自行設(shè)計的PSD固定插座IO，上面可以固定三 塊PSD，小孔的底部鑲銅并在插座內(nèi)部與插座后面的對應(yīng)的接線端子相連。螺 紋孔用來固定一維PSD的兩端。將PSD相應(yīng)的引腳插入對應(yīng)的引腳孔并用螺釘 將PSD固定在插座上。為了獲得較好的準(zhǔn)確性，引腳孔的位置也 通過精確測 量確定的。 一維位置敏感傳感器的感光區(qū)存在著線性區(qū)跟非線性區(qū)。光斑在線性區(qū)時通過公式得出的結(jié)果較準(zhǔn)確，非線性區(qū)通過公式得出的結(jié)果存在著非線
性誤差。為了克服這點，三片PSD, —片在下方，另外兩片在上方，每一片的 線性感光區(qū)的起始位置與另外一片的線性感光區(qū)的末尾位置相齊，這樣即可覆 蓋住大范圍的測量范圍又可彌補(bǔ)每片PSD上非線性區(qū)的不足。PSD組合陣列水 平放置，布料上的引導(dǎo)線縫是豎直的，所以光透過布料照射在PSD上就會有一
個lmm寬的光斑，通過這個來計算出引導(dǎo)線縫的位置。
如圖4所示，該處理子電路的兩個前置放大器是由兩個運(yùn)算放大電路組成， 分別是將一塊PSD的兩個輸出極的光生電流轉(zhuǎn)換為能被AD轉(zhuǎn)換的電壓，其中 運(yùn)算放大芯片IC1,IC3采用具有較低的偏置電流特性，并且輸入噪聲電壓和零漂 電壓都比較小的運(yùn)放芯片，例如OP07。放大反饋電阻R1，R4的大小取為100K歐 姆，電阻R2， R5以及電容C1,C4構(gòu)成兩個RC濾波器用來濾掉高頻噪聲信號。 前置放大電路是將微弱的光電流/,, /2轉(zhuǎn)換為在AD采樣范圍內(nèi)的電壓值，即 t/,-i^，《-i ^。由于這里電壓值輸出是個負(fù)電壓，不能直接被AD所采樣，
所以需要加上反相器。最終得到的電壓為",-C/^M,"^-"2=^2。這里直接 將轉(zhuǎn)換的信號采集到單片機(jī)內(nèi)，利用軟件來實現(xiàn)加法、減法與除法的過程。這 樣不僅可以節(jié)省成本使電路更加簡單而且避免運(yùn)放過多造成不必要的誤差。又 因為實施例中用了三片PSD，所以這三片PSD采樣時間必須一致，因此在反相 器后面需要加上保持采樣器S/H。輸出的電壓直接被AD轉(zhuǎn)換。實施例電路圖中， 用來實現(xiàn)放大功能的運(yùn)放芯片主要由OP07組成，采樣保持電路主要由芯片 LF398組成。 一個位置敏感傳感器PSD的兩個輸出極經(jīng)過固定插座由導(dǎo)線分別 接至兩個前置放大器IC1， IC3的輸入端，前置放大器IC1， IC3的輸出端輸出 電壓經(jīng)過RC濾波器濾波后與后置反相器IC2， IC4的輸入端相連。后置反相器 IC2， IC4的輸出端與采樣保持器S/H的輸入端相連。經(jīng)采樣保持器后的信號直
接接入到主控制器的接口中。
如圖l，主控制器12主要由單片機(jī)電路組成。輸入的是PSD經(jīng)信號調(diào)理電 路后的電壓模擬量，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊采集后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。實施 例中用到的單片機(jī)是飛思卡爾公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)MC9S12XDP512，其總線 速度能達(dá)到40MHz，具有512K的flash以及64K的EEPROM存儲空間，使用 起來非常方便。主控制器12用來獲得引導(dǎo)線縫的位置并對布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使得剖布刀片始終對準(zhǔn)圓筒針織布的引導(dǎo)線縫。所述的圓筒針織布剖
布機(jī)械裝置由導(dǎo)布籠4，剖布刀片8，電動布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)2，電動布匹偏斜 修整機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)1，導(dǎo)布輥筒13構(gòu)成。導(dǎo)布籠4主要是將經(jīng)過染布及烘干的 繩狀布料撐開成圓筒狀布料并引導(dǎo)布料向下運(yùn)動，導(dǎo)布籠4的大小可以經(jīng)過手 動轉(zhuǎn)輪來調(diào)整達(dá)到圓筒布的工作尺寸。剖布刀片8固定在PSD識別裝置中心位 置下方沿著引導(dǎo)線縫進(jìn)行剖布。輥筒導(dǎo)布13將剖開的面狀布料平整并通過摩擦 力使筒狀布向下運(yùn)動。電動布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)1受單片機(jī)的控制，依 據(jù)引導(dǎo)線縫的位置改變轉(zhuǎn)速，帶動電動布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)2運(yùn)作，從而調(diào)整圓 筒針織布的偏轉(zhuǎn)位移大小，使得引導(dǎo)線縫能夠?qū)?zhǔn)刀片。當(dāng)光斑在PSD組合體 中心位置右邊時，調(diào)整布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)，使得布匹向左偏轉(zhuǎn)；當(dāng)光斑在PSD 組合體中心位置左邊時，調(diào)整布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)，使得布匹向右偏轉(zhuǎn)。
整個剖布的過程如下導(dǎo)布籠4將纏成繩狀的圓筒針織布3撐開，導(dǎo)布輥 筒13的轉(zhuǎn)動通過摩擦力使得撐開的圓筒針織布3向下運(yùn)動。剖布刀片8固定在 下方進(jìn)行剖布。剖開的布料經(jīng)過導(dǎo)布輥筒13輸送至另一端進(jìn)行平整。當(dāng)引導(dǎo)線 縫有偏離刀片的趨勢，此時光源發(fā)出的光束透過布料所產(chǎn)生的條形光斑也會在 一維位置敏感傳感器9上產(chǎn)生偏移。傳感器將會識別條形光斑的位置從而直接 反應(yīng)出引導(dǎo)線縫的位置。 一維位置敏感傳感器9的輸出電極輸出微弱的電流信 號通過信號處理電路11后得到能被主控制器12直接采集的電壓信號。這些信 號被主控制器12采集并處理得到條形光斑的位置并最終得到引導(dǎo)線縫的位置。 從而驅(qū)動布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)1的轉(zhuǎn)動使得布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)將布匹偏 轉(zhuǎn)一個角度以使得剖布刀片8始終對準(zhǔn)引導(dǎo)線縫。
圖5是程序算法步驟，接收到PSD輸出信號后，先需要判斷是哪一塊PSD 接收到了光斑信號，將三塊PSD從左至右進(jìn)行編號，分別為1、 2、 3號。PSD 光感區(qū)長的為L，線性區(qū)長度為^。檢測分兩種情況 一、光斑照射在某塊PSD 的非中點位置；二、光斑照射在某塊PSD的正中間。情況二是在進(jìn)行比較后， 各塊PSD兩極輸出電流都相等，這時則需要對不同PSD的兩極電流的和進(jìn)行比 較，電流較大的那塊即為光斑所照射的PSD，記下其編號，若編號為2，則光斑 在正中央，無需調(diào)整。若為編號1的PSD，則距中心左偏的位移為A;若為編號2的PSD，則距中心右偏的位移為A。對于情況一則需要分別比較每塊PSD 兩極輸出電流大小，大小不等的那塊PSD即為光斑所照射的PSD，記下其編號， 然后通過被照射的PSD的兩極電流所轉(zhuǎn)換的電壓值來計算出光斑此時在該塊
PSD上的具體位置，距離那塊PSD中心的位置為JT、^Z^W。通過PSD的位
置以及光斑在PSD上的位置綜合得出光斑的位置。進(jìn)而采取合適的控制算法驅(qū) 動電動布匹偏斜修整機(jī)構(gòu)來對筒狀針織布進(jìn)行調(diào)整，保證剖布刀片對準(zhǔn)引導(dǎo)線 縫。
權(quán)利要求
1.基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系統(tǒng)，包括圓筒針織布剖布機(jī)械裝置，其特征在于還包括光源產(chǎn)生裝置、引導(dǎo)線縫信號識別單元以和信號處理單元；其中光源產(chǎn)生裝置水平放置在圓筒布內(nèi)，剖布刀片的正上方，光源產(chǎn)生裝置發(fā)出的光束正對布料上的引導(dǎo)線縫；引導(dǎo)線縫信號識別單元放置在圓筒布的外部，并且也水平放置使光源發(fā)出的光正對一維位置敏感傳感器的表面，信號處理單元與主控制器連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系 統(tǒng)，其特征在于所述的光源產(chǎn)生裝置是在平行光管(5)可移動部分安裝近紅外 LED燈(6)以及在光管的前部安裝透鏡(7)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系 統(tǒng)，其特征在于所述的引導(dǎo)線縫信號識別單元由多塊一維位置敏感傳感器PSD 按照感光線性區(qū)首尾串接并安裝在PSD固定插座(10)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系 統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理電路是由多個相同的子電路構(gòu)成，其中每一 個子電路的兩個輸入端分別與傳感器的輸出極通過固定插座由導(dǎo)線連接；信號 處理電路的一個子電路由兩個前置放大器，兩個RC濾波器，兩個后置反相器以 及兩個采樣保持器組成； 一維位置敏感傳感器的兩個輸出極經(jīng)過固定插座由導(dǎo) 線分別接至兩個前置放大器的輸入端，經(jīng)前置放大器轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過RC濾波器 濾波后連接到用來將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為正電壓的后置反相器的輸入端上，后置反相 器的輸出端與采樣保持器的輸入端連接，經(jīng)采樣保持電路后的信號直接接入到 主控制器的接口中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于一維位置敏感傳感器的引導(dǎo)線縫位置識別系統(tǒng)。包括圓筒針織布剖布機(jī)械裝置；還包括光源產(chǎn)生裝置、引導(dǎo)線縫信號識別單元以和信號處理單元；其中光源產(chǎn)生裝置水平放置在圓筒布內(nèi)，剖布刀片的正上方，光源產(chǎn)生裝置發(fā)出的光束正對布料上的引導(dǎo)線縫；引導(dǎo)線縫信號識別單元放置在圓筒布的外部，并且也水平放置使光源發(fā)出的光正對一維位置敏感傳感器的表面，信號處理單元與主控制器連接。本發(fā)明利用一維位置敏感傳感器的光電效應(yīng)，檢測精度高，并且能夠在較短的時間內(nèi)檢測到引導(dǎo)線縫，計算出引導(dǎo)線縫的位置，做到快速響應(yīng)性跟良好的精確性。將多塊PSD接插在固定插座上，識別視角范圍寬廣，無死區(qū)。處理電路跟程序流程簡單。
文檔編號G05D3/12GK101603268SQ20091010031
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者呂存養(yǎng), 豪 周, 周冠雄, 曹振波, 曹洪才, 楊德亮, 許俊龍, 郭吉豐, 陳波揚(yáng), 魏燕定 申請人:浙江大學(xué)