通过自由转子测量纱线扭矩的装置和方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010841885.3 (22)申请日 2020.08.20 (71)申请人 武汉纺织大学 地址 430200 湖北省武汉市洪山区纺织路1 号 (72)发明人 沈小林洪焱周思婕 (74)专利代理机构 武汉卓越志诚知识产权代理 事 务 所 (特 殊 普 通 合 伙) 42266 代理人 胡婷婷 (51)Int.Cl. G01L 3/12(2006.01) (54)发明名称 一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置和 方法 (57)摘要 本发明公开了一种通过自由转子测量纱线 扭矩的装。

2、置和方法， 所述装置包括箱体、 计算机 组件和设置于所述箱体内的扭力检测部件、 固定 部件； 所述扭力检测部件包括一端与纱线连接的 转子组件和设置于所述转子组件侧部的光电门 传感器， 所述光电门传感器和固定在箱体上的电 路板线连接， 所述光电门传感器用于获取所述转 子组件的角速度； 所述固定部件由底座、 升降台、 转轴和横梁组成； 所述计算机组件线连接在电路 板上。 通过上述方式， 本发明可以将纱线在转子 定位件上穿孔打结， 自由下垂， 使扭矩可充分释 放， 带动转子转动， 光电门传感器计量转子转过 的角度后经过线连接在电路板上的计算机组件 分析处理从而得到纱线的扭力， 大大提高了测量 精度。。

3、 权利要求书1页 说明书5页 附图8页 CN 112129441 A 2020.12.25 CN 112129441 A 1.一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述装置包括箱体(1)、 计算 机组件和设置于所述箱体(1)内的扭力检测部件、 固定部件； 所述扭力检测部件包括一端与 纱线连接的转子组件和设置于所述转子组件侧部的光电门传感器(5)， 所述光电门传感器 (5)用于获取所述转子组件的角速度。 2.根据权利要求1所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述转 子组件包括转盘(105)、 定位件(104)以及设置于所述转盘(105)上、 下两侧的转子(10。

4、)和磁 性金属片(103)； 所述定位件(104)贯穿所述磁性金属片(103)、 转盘(105)轴心设置， 并与所 述转子(10)固定连接； 所述纱线(9)一端连接所述定位件(104)， 另一端连接所述固定部件。 3.根据权利要求2所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述转 盘(105)的周向设置有若干通槽， 若干所述通槽通过所述光电门传感器(5)进行识别以获取 所述纱线的转动角速度； 所述转盘(105)上方设置有一定位件(104)， 所述定位件(104)顶部 呈球状， 且其上方开有圆孔(101)。 4.根据权利要求1所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于。

5、， 所述固 定部件包括底座(4)、 升降台(3)、 转轴(2)和横梁(7)， 所述升降台(3)位于底座(4)之上， 所 述横梁(7)设置于所述升降台(3)的上部， 并通过所述转轴(2)与所述升降台(3)转动连接。 5.根据权利要求4所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述横 梁(7)由翻盖和托板组成， 所述翻盖和托板通过卡合连接， 所述翻盖和托板中间位置开有导 线槽(13)， 导线槽(13)端部安装有滑轮(12)， 所述翻盖一端开有槽孔， 所述托板靠近槽孔处 固定有固定环(17)。 6.根据权利要求4所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述横 梁(7。

6、)外侧设置有滑块， 所述滑块可沿横梁(7)轴向滑动， 所述滑块上方固定有量尺(8)。 7.根据权利要求2至6任一项所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在 于， 所述转子(10)的正下方设置有电磁铁(11)， 所述电磁铁(11)与所述磁性金属片(103)配 合实现对所述转子(10)转动的状态控制。 8.根据权利要求7所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述光 电门传感器(5)两侧发射端和接收端竖直放置， 所述光电门传感器(5)放置在所述转子(10) 一侧的支撑架(6)上， 所述转子(10)的转盘(105)位于所述光电门传感器(5)发射端和接收 端中间的光道区域。

7、， 所述支撑架(6)固定在底板上。 9.根据权利要求8所述的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 其特征在于， 所述光 电门传感器(5)通过底部接线口线连接在电路板(16)上， 所述电磁铁(11)线连接在电路板 (16)上， 所述电路板(16)固定在箱体(1)内侧， 所述电路板(16)单线连接在放置于箱体(1) 外的计算机主机(15)后侧， 所述计算机主机(15)线连接在侧方的计算机显示器(14)后侧。 10.一种采用根据权利要求1所述的装置来测量纱线扭矩的方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： S1、 将所述转子组件系在纱线上， 通过滑轮(12)自由悬空； S2、 将电磁铁(11)打开， 所。

8、述转子组件在所述电磁铁(11)作用下保持静止状态； S3、 将所述电磁铁(11)断电同时打开光电门传感器(5)， 所述转子组件在纱线的作用下 开始转动； S4、 计算机同步记录所述光电门传感器(5)上反馈的数据并拟合成曲线。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112129441 A 2 一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置和方法 技术领域 0001 本发明涉及一种检测装置， 特别是涉及一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置和 方法。 背景技术 0002 目前， 在纱线的生产过程中需要对多根单股线进行加捻， 当股线加捻至其表面纤 维平行态时， 整个股线的合扭矩不为零； 这种纱织成面料后， 在所有纱线扭。

9、矩作用下， 面料 会发生纬斜。 0003 纬斜是面料质量的强制检测指标之一， 这是由于它会对织物的裁剪及服装外观均 产生严重不利影响。 因此， 工厂一般要通过蒸纱定形将股线的扭矩减小到一个合理范围内， 但是并不能完全消除此扭矩。 然而， 在实际生产过程中， 在相同蒸纱条件下， 同类不同批次 (如全棉、 标称同直径的红线或黑线或白色线)最终未被定形而剩余的残存扭矩是不同的， 所织成的面料， 有些不会产生纬斜， 有些会左斜， 有些会左斜， 这样同类产品的股线加捻参 数无法普适化。 0004 对此， 解决上述问题的最好办法是利用仪器， 直接测出纱线的扭矩， 建立纱线扭矩 与面料纬斜间关系， 减少寻找。

10、应施加给股线捻度值的次数。 股线扭矩与单纱扭矩也存在密 切的直接关系， 因此也存在测量其扭矩的必要性。 但是， 这类材料的扭转刚度都极小， 因此 需要灵敏度极高转轴式传感器进行测量， 而市场上目前只能提供大量程扭矩测试设备。 另 外， 由于这类材料均抗拉伸， 几乎不抗剪切， 因此， 测试有关扭转量时， 纱线或纤维材料与传 感器间的联接与固定会对测试准确度产生很大影响， 这也是一个难以解决的问题。 0005 现有技术开发了一种纱线扭力的检测装置， 其中包括透明箱体内侧底部设置有一 底板， 透明箱体侧壁铰接有一推拉门； 底板上设置有一电气控制盒， 电气控制盒的顶部并排 设置有两个扭力检测组件， 扭。

11、力检测组件包括一带刻度的滑杆， 滑杆顶部设置有一纱线夹 持器， 滑杆底部设置有一止晃圈， 电气控制盒上设置有两个感应器， 且感应器位于滑杆底部 的下方； 电气控制盒上设置有解码显示器， 两个感应器与解码显示器连接； 纱线一端设置于 纱线夹持器上， 另一端穿过止晃圈与连接杆连接。 这种通过数自捻圈数的方法来估算纱线 存在扭矩的大小。 由于自捻时， 每次成圈的大小有随机性， 且成圈时， 纱线的扭矩有一部分 要用抵消纱圈链上升的重力， 使这种方法的准确度不高， 只能作为一个经验值参考。 从这种 方法所获得指标的单位(圈)也可看出， 它与纱线的扭矩没有任何关系。 0006 因此， 需要设计一款准确度更。

12、高， 数据更真实可靠的纱线扭矩检测装置来满足纱 线生产企业的日常检测需求。 发明内容 0007 为了克服现有的纱线扭矩检测装置检测精度低， 检测过程复杂且成本过高的问 题， 本发明提供一种具有固定转动惯量的转子， 通过纱线在转子定位件上穿孔打结， 自由下 垂， 使扭矩可充分释放， 带动转子转动， 光电门传感器计量转子转过的角度后经过计算机组 说明书 1/5 页 3 CN 112129441 A 3 件分析从而得到纱线的扭力， 大大提高了测量准确度。 0008 为实现上述的目的， 本发明采用的技术方案是： 0009 一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置和方法， 所述一种通过自由转子测量纱线 扭矩的。

13、装置包括箱体、 计算机组件和设置于所述箱体内的扭力检测部件、 固定部件； 所述扭 力检测部件包括一端与纱线连接的转子组件和设置于所述转子组件侧部的光电门传感器， 所述光电门传感器和固定在箱体上的电路板线连接， 所述光电门传感器用于获取所述转子 组件的角速度。 0010 进一步地， 所述转子组件包括转盘、 定位件以及设置于所述转盘上、 下两侧的转子 和磁性金属片； 所述定位件贯穿所述磁性金属片、 转盘轴心设置， 并与所述转子固定连接； 所述纱线一端连接所述定位件， 另一端连接所述固定部件。 0011 进一步地， 所述转盘的周向设置有若干通槽， 若干所述通槽通过所述传感器进行 识别以获取所述纱线的。

14、转动角速度； 所述转盘上方设置有一定位件， 所述定位件顶部呈球 状， 且其上方开有圆孔。 0012 进一步地， 所述固定部件包括底座、 升降台、 转轴和横梁， 所述升降台位于底座之 上， 所述横梁设置于所述升降台的上部， 并通过所述转轴与所述升降台转动连接。 0013 进一步地， 所述横梁由翻盖和托板组成， 所述翻盖和托板通过卡合连接， 所述翻盖 和托板中间位置开有导线槽， 导线槽端部安装有滑轮， 所述翻盖一端开有槽孔， 所述托板靠 近槽孔处固定有固定环。 0014 进一步地， 所述横梁外侧设置有滑块， 所述滑块可沿横梁轴向滑动， 所述滑块上方 固定有量尺。 0015 进一步地， 所述转子的正。

15、下方设置有电磁铁， 所述电磁铁与所述磁性金属片配合 实现对所述转子转动的状态控制。 0016 进一步地， 所述光电门传感器两侧发射端和接收端竖直放置， 所述光电门传感器 放置在所述转子一侧的支撑架上， 所述转子的转盘位于所述光电门传感器发射端和接收端 中间的光道区域， 所述支撑架固定在底板上。 0017 进一步地， 所述光电门传感器通过底部接线口线连接在电路板上， 所述电磁铁线 连接在电路板上， 所述电路板固定在箱体内侧， 所述电路板单线连接在放置于箱体外的计 算机主机后侧， 所述计算机主机线连接在侧方的计算机显示器后侧。 0018 进一步地， 一种采用所述通过自由转子测量纱线扭矩的装置来测量。

16、纱线扭矩的方 法， 包括以下步骤： 0019 S1、 将所述转子组件系在纱线上， 通过滑轮自由悬空； 0020 S2、 将电磁铁打开， 所述转子组件在所述电磁铁作用下保持静止状态； 0021 S3、 将所述电磁铁断电同时打开光电门传感器， 所述转子组件在纱线的作用下开 始转动； 0022 S4、 计算机同步记录所述光电门传感器上反馈的数据并拟合成曲线。 0023 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0024 1、 本发明的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置设计了一种具有固定转动惯 量的转子， 转子具有铝合金锥形底， 可以保持转动稳定性， 减少数据采集时的误差， 转子上 方加一个开若干通槽的。

17、转盘， 能够设置足够密集的采样点， 提高精度。 说明书 2/5 页 4 CN 112129441 A 4 0025 2、 本发明的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置将纱线从转子定位件上的圆 孔穿过打结， 通过滑轮牵引再经过导线槽固定在横梁上的固定环处， 纱线连接在转子一端 自由下垂， 扭矩可充分释放， 提高检测精度。 0026 3、 本发明的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置在纱线带动转子转动时， 用光 电门传感器计圆盘转过的角度， 通过计算机组件分析拟合， 做出其时间与纱线转过角度坐 标图， 进而得到角速度与时间， 角加速度与时间， 角加速度与转角的关系， 从得到的坐标图 中的曲线上我们可以。

18、得到初始加速度， 然后根据公式， 纱线扭矩M角加速度*转动惯量， 算 出相应的扭矩， 这种直接从曲线上得到的初始角加速度的精度值高， 进而测得的扭矩也更 加精确。 附图说明 0027 图1是本发明的总体结构示意图； 0028 图2是本发明的检测部分安装示意图； 0029 图3是本发明的转子结构示意图； 0030 图4是本发明横梁组件剖面图； 0031 图5至图8是捻度800的纱线1检测结果曲线图； 0032 图9至图12是捻度680的纱线2检测结果曲线图； 0033 图13至图16是捻度400的纱线3检测结果曲线图； 0034 附图中各部件的标记如下： 1、 箱体； 2、 转轴； 3、 升降台。

19、； 4、 底座； 5、 传感器； 6、 支撑 架； 7、 横梁； 8、 量尺； 9、 纱线； 10、 转子； 101、 圆孔； 102、 垫片； 103、 磁性金属片； 104、 定位件； 105、 转盘； 11、 电磁铁； 12、 滑轮； 13、 导线槽； 14、 显示器； 15、 主机； 16、 电路板； 17、 固定环。 具体实施方式 0035 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述， 以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解， 从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明的实施 例。

20、， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例， 都属 于本发明所保护的范围。 0036 实施例 0037 请参阅图1至图3， 本发明的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置包括箱体1、 计 算机组件和设置于所述箱体1内的扭力检测部件、 固定部件， 所述扭力检测部件和固定部件 固定在一起， 所述扭力检测部件由具有固定转动惯量的转子10和传感器5组成， 将纱线9从 定位件104上的圆孔101穿过打结， 通过横梁7顶端的滑轮12牵引后穿过导线槽13固定在固 定环上， 将光电门传感器5放置在转子10一侧， 计量转子组件转动时的角速度。 0038 所述箱体1为透明玻璃箱， 便于实。

21、时观察内部的检测情况， 并在一侧设有转动门， 方便开合， 保证检测装置的密闭性， 避免外界环境的影响， 确保检测装置稳定工作。 0039 如图2所示， 所述固定部件由底座4、 升降台3、 转轴2和横梁7组成， 所述升降台3位 于底座4之上， 并在升降台3的上方两侧有开孔， 转轴2通过开孔后经由横梁7上同样大小的 开孔穿出后将所述升降台3和横梁7转动连接。 说明书 3/5 页 5 CN 112129441 A 5 0040 其中， 所述升降台3下端设置有电动推杆， 推动升降台3上下移动， 所述横梁7可以 绕转轴2转动， 调节所需检测纱线9的下垂部分长度。 0041 如图2所示， 所述横梁7由翻盖。

22、和托板组成， 其接合处中心位置开有一导线槽13方 便纱线9穿过， 所述翻盖和托板通过卡合的方式固定， 当纱线穿过时打开翻盖， 当纱线固定 在固定环后盖上翻盖。 0042 其中， 导线槽13的靠外一端安装有圆形滑轮12， 便于牵引系在转子10上的纱线9， 同时防止纱线9在槽口处磨损。 0043 所述横梁7下方两侧设置有凸台滑轨， 其上放置有滑块， 所述滑块可在滑轨上沿横 梁7轴线移动， 所述滑块上方固定有竖直放置的量尺8， 在转子10转动前移动到横梁7外侧测 量纱线9的长度， 在转子10转动时移动到横梁7内侧以免影响转动。 0044 如图3所示， 所述转子10具有固定的转动惯量， 转子10采用铝。

23、合金锥形底， 材质轻 巧且转动时所受风阻较小， 可以保持转动稳定性， 减少数据采集时的误差， 转子10上方加一 个周向开若干通槽的转盘105， 槽口为锯齿状， 能够设置足够密度的采样点， 提高采样精度。 0045 其中， 所述转盘105上方有一定位件104， 所述定位件104贯穿所述磁性金属片103、 转盘105轴心设置， 并与所述转子10固定连接； 所述纱线9一端连接所述定位件104， 另一端 连接所述固定部件， 所述定位件104顶部设计成球状， 上方开有圆孔101， 纱线9穿过该圆孔 101后在正上方打结， 所述圆孔101应尽量沿球状顶部的轴面开在靠近顶部的位置， 保证打 结后转子10的稳。

24、定性。 0046 其中， 所述磁性金属片103可通过增减来调节转子10的转动惯量， 以适应不同的纱 线9， 扩大了本发明的检测范围。 0047 在本实施例中， 所述转子10正下方设置有方型电磁铁11， 所述电磁铁11与所述磁 性金属片103配合实现对所述转子10转动的状态控制。 0048 其中， 光电门传感器5位于两侧的发射端和接收端竖直放置， 所述光电门传感器5 放置在所述转子10一侧的支撑架6上， 所述转子10的转盘105位于所述光电门传感器5发射 端和接收端中间的光道区域， 当转盘105转动时， 所述转盘105会间断性遮挡光道， 所述支撑 架6固定在底板上。 0049 所述光电门传感器5。

25、通过底部单一接线口线连接在电路板16上， 所述电磁铁11单 线线连接在电路板16上， 所述电路板16固定在箱体1内侧， 所述电路板16穿过箱体1单线连 接在放置于箱体1外的计算机主机15的后侧， 所述计算机主机15线连接在侧方的计算机显 示器14后侧。 0050 其中， 通过计算机组件发出指令， 所述指令经由主机15传递给与所述主机15线连 接的电路板16， 所述电路板16接收后， 所述电路板16将所述指令分别传递给与所述电路板 16线连接的光电门传感器5和电磁铁11， 所述电磁铁11在所述指令作用下断电后， 转子10在 纱线9扭矩的作用下自由转动， 所述光电门传感器5开始同步计数， 所述光电。

26、门传感器5计转 盘105转过的角度， 做出其时间与纱线转过角度坐标图， 经过计算机组件拟合分析进而得到 角速度与时间， 角加速度与时间， 角加速度与转角的关系， 从得到的坐标图中的曲线上我们 可以得到初始加速度， 然后根据公式， 纱线扭矩M角加速度*转动惯量， 算出相应的扭矩， 其中转子的转动惯量经计算为3.8110-7Kg.m2， 这种直接从曲线上得到的初始角加速度的 精度值高， 进而测得的扭矩也更加精确。 说明书 4/5 页 6 CN 112129441 A 6 0051 如图4至15所示， 采用本实施例分别测试了捻度800的纱线1、 捻度680的纱线2、 捻 度400的纱线3， 并绘制了。

27、各自的纱线弧度与时间的关系曲线、 纱线角速度与时间的关系曲 线、 纱线角加速度与时间的关系曲线和纱线角加速度与弧度的关系曲线， 从所述的最终纱 线角加速度与时间的关系曲线以及纱线角加速度与弧度的关系曲线可以直接得到其初始 纱线角加速度， 且两者数值一样。 其中纱线1的角加速度为0.94(rad/s2),纱线2的角加速 度为1.82(rad/s2),纱线3的角加速度为1.89(rad/s2)。 将它们带入上述公式， 经计算得 到它们的扭力分别为3.5810-7Nm， 6.9310-7Nm， 7.2010-7Nm。 0052 其中， 所述检测纱线的类型和各种参数如下表所示： 0053 0054 通。

28、过上述方式， 本发明提供的一种通过自由转子测量纱线扭矩的装置， 将纱线一 端穿过具有固定转动惯量的转子定位件上的圆孔， 打结后经由滑轮牵引通过导线槽固定在 固定环上， 移动横梁两侧滑块用量尺测量垂直纱线的长度， 调节升降台和横梁来调整自由 垂落纱线的长度， 当转子在空中稳定后， 将转子下方的电磁铁断电， 转子在纱线的扭矩作用 下开始转动， 其上的转盘经过侧边的光电门传感器， 光电门传感器通过计数得到时间与纱 线弧度坐标图， 经过计算机组件分析计算得到最终扭矩大小。 相比于目前测量纱线扭力的 装置， 本发明更稳定更精确， 也更简便易制， 具有可观的市场前景和经济效益。 0055 以上所述仅用以说。

29、明本发明的技术方案， 而非对其进行限制； 尽管参照前述实施 例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述实施 例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换； 凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运用在其他相 关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说明书 5/5 页 7 CN 112129441 A 7 图1 图2 说明书附图 1/8 页 8 CN 112129441 A 8 图3 图4 图5 说明书附图 2/8 页 9 CN 112129441 A 9 图6 图7 说明书附图 3/8 页 10 CN 112129441 A 10 图8 图9 说明书附图 4/8 页 11 CN 112129441 A 11 图10 图11 说明书附图 5/8 页 12 CN 112129441 A 12 图12 图13 说明书附图 6/8 页 13 CN 112129441 A 13 图14 图15 说明书附图 7/8 页 14 CN 112129441 A 14 图16 说明书附图 8/8 页 15 CN 112129441 A 15 。