CN102995193B - 一种细纱断头检测方法及应用该方法的细纱断头检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于环锭细纱机的细纱断头检测方法及应用该方法的细纱断头检测装置。该细纱断头检测方法的特征在于利用微控制器通过声音传感器采集纺纱时钢领外侧的声音信号，如果检测到的声音信号在每个对应于钢丝圈接近声音传感器的时刻均具有相对于钢丝圈距离声音传感器较远时刻较高的波峰，且该波峰出现的频率比锭子转动的频率略低，则该锭位细纱没有断头，否则，该锭位细纱发生了断头；所述声音传感器在铅垂高度方向上优选位于与钢领水平或比钢领略高的位置，在水平方向声音传感器距离钢领铅垂方向轴心的最小距离大于钢丝圈及纱线气圈运动轨迹的最大外径。本发明细纱断头检测装置根据本发明所述细纱断头检测方法设计。

Description

一种细纱断头检测方法及应用该方法的细纱断头检测装置

技术领域

本发明涉及细纱纺纱过程中的细纱断头检测领域，具体为一种细纱断头检测方法及应用该方法的细纱断头检测装置，该方法及其装置用于环锭细纱机。所述细纱断头检测方法能够检测出环锭细纱机纺纱过程中发生的细纱断头；所述应用该方法的细纱断头检测装置安装在环锭细纱机上，并沿细纱机钢领板长度方向移动，在移动过程中检测出纺纱过程中发生的细纱断头并将发生断头的具体锭位信息呈现给细纱挡车工。

背景技术

纺纱各工序中，细纱工序用工量最大，细纱挡车工的主要职责是检查和处理断头，而其中检查断头占用了其大量的工作时间，尤其是纺深色纱线时，由于纱线颜色与环境接近，增加了断头检查的难度。为了降低细纱挡车工的劳动强度，并减少用工量，需要对细纱断头进行自动检测，并将检测结果通知挡车工进行处理。

实用新型专利“纱线断头检测装置”(申请号02265359.7)将热敏传感器安装在导纱钩或钢领上，并通过热敏传感器检测纱线与导纱钩的摩擦及钢领与钢丝圈的摩擦生热来检测是否发生断头，该方法需要每个锭子安装传感器，投资较大。实用新型专利“纱线断头检测装置”(申请号200520080973.7)公开了一种纱线断头检测装置，将光电传感器安装在罗拉座两端，光电传感器发出的射线通过前皮辊的下缘，当纱线断头后，用光电传感器检测出现的飞花及缠绕皮辊现象，并用与光电传感器相连的信号反馈器发出断头指示，该方法易受环境中飞花的影响，且存在漏检的可能，并且无法判断断头发生的具体锭位。实用新型专利“具有断纱检测装置的细纱导纱器”(申请号200520045862.2)利用特殊设计的导纱钩检测纱线断头，每个导纱钩上安装一个光电传感器，断头时光电传感器发出信号给控制器，该方法同样需要每个锭位安装一个检测元件，成本较高。实用新型专利“一种细纱自动检测断头、自动接头装置”(申请号201220009611.9)在钢领板旁增设导轨和移动小车，移动小车在导轨上往复运动，在往复运动过程中利用电感探头检测钢丝圈的移动速度，从而检测细纱断头，利用电感探头检测钢丝圈的运动速度对于传感器的精度及其安装位置精度要求较高，特别是当钢丝圈较小时，增加了检测的不确定性。发明专利“细纱机纱线加捻断头检测方法”(申请号201210009964.3)利用安装在钢领板上的光电传感器或压力传感器检测钢丝圈运动产生的信号检测断头，该方法同样需要在每个锭位上安装传感器，成本较高。发明专利申请“一种断头检测方法”(申请号200910221019.8)在拾音器表面安装一个摩擦体，使运动的棉条或纱线在摩擦体表面经过并与摩擦体摩擦，通过拾音器检测棉条或经纱在运动过程中在摩擦体表面产生的摩擦声的有无来实现断头检测。因为现场噪音较大，而摩擦声却很小，并且摩擦声的频率特性会随纱线张力、纤维与摩擦体之间的摩擦系数变化而变化，增加信号滤波的不确定性，从而导致很难通过滤波的方式从噪音中提取有效的摩擦信号；另外，该方法需要在棉条或纱线运动的路径中增加摩擦体及拾音器，如果用于细纱机，需要每个锭位增加一套摩擦体及拾音器以及配套的电路系统，成本将很高，并且存在不易安装的问题，在其说明书中也未说明其具体的摩擦体实施方式，因此很难想象该发明能用于环锭细纱机断头检测。实用新型专利“对射气压式细纱机纱线断头检测机构”(申请号201220014294.X)及实用新型专利“反射气压式细纱机纱线断头检测机构”(申请号201220014311.X)在每个钢领附近安装一个气管喷头及压力传感器，利用压力传感器检测钢丝圈转动造成的气压变化，从而检测细纱断头。实用新型专利“光电反射式细纱机纱线断头检测机构”(申请号201220014375.X)及实用新型专利“光电对射式细纱机纱线断头检测机构”(申请号201220014683.2)在每个钢领附近安装一对光源及光电式传感器，用于检测钢丝圈的运动，从而检测细纱断头。这几个专利同样存在实施成本高，数量大，并且维护难度大的问题。

发明内容

对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种新的用于环锭细纱机的细纱断头检测方法及应用该方法的细纱断头检测装置。该细纱断头检测方法利用声音检测与分析的方法检测细纱断头，具有非接触测量及检测准确度高等特点；该断头检测装置利用本发明所述细纱断头检测方法实现细纱断头的检测，具有结构简单，工作可靠，维护方便、对传感器安装位置精度要求低等特点。

本发明解决所述细纱断头检测方法技术问题的解决方案是：设计一种用于环锭细纱机的细纱断头检测方法，其特征在于利用微控制器通过声音传感器采集纺纱时钢领外侧的声音信号，对采集到的声音信号进行低通滤波，并根据滤波后的声音信号中钢丝圈与钢领摩擦运动产生的声音的特征判断是否发生了细纱断头；所述根据滤波后的声音信号中钢丝圈与钢领摩擦运动产生的声音的特征判断是否发生了细纱断头是指如果滤波后的声音信号在每个对应于钢丝圈接近声音传感器的时刻均具有相对于钢丝圈距离声音传感器较远时刻较高的波峰，且该波峰出现的频率比锭子转动的频率略低，则该锭位细纱没有断头，否则，该锭位细纱发生了断头。所述微控制器优选为单片机或嵌入式控制器；所述声音传感器在采集某锭位声音信号时其传声孔位于该锭位相对应的钢领外侧，在铅垂高度方向上优选位于与钢领水平或比钢领略高的位置，在水平方向上优选位于过钢领轴心与钢领板长度方向相垂直的直线方向，在水平方向声音传感器距离钢领铅垂方向轴心的最小距离大于钢丝圈及纱线气圈运动轨迹的最大外径，以不影响正常纺纱为准，优选大于5-50mm；所述声音传感器可以是电容式或动圈式等任何一种原理的传感器，优选为电容式声音传感器，所述声音传感器优选为具有硬件低通滤波电路的传感器，声音传感器可以为定向型或全向型声音传感器，优选为定向型声音传感器，以提高检测特定方向声音信号的能力，减小与被测锭位相邻锭位的声音对被测锭位声音信号检测产生的影响。

本发明解决所述细纱断头检测装置技术问题的解决方案是：设计一种细纱断头检测装置，其特征在于该细纱断头检测装置按照本发明所述细纱断头检测方法设计，其主要包括导轨7、驱动机构11、导向机构2、外壳3、声音传感器9、供电装置10、电源板14、主电路板12、无线通讯模块36、人机交互界面13；所述外壳3为一外形为长方体状的壳体，优选为金属材质壳体；所述导轨7利用螺栓8及支架1呈水平方向安装在钢领板4的侧面；所述驱动机构11主要包括执行元件111及驱动轮116，所述驱动轮116安装在驱动轮轴115的一端并位于外壳3底面的外侧，驱动轮116外圆与导轨7侧面相啮合，驱动轮轴115穿过安装在外壳3底面上的轴承座114内的轴承内孔，驱动轮轴115的另一端位于外壳3内腔内并与联轴器113联接，所述执行元件111为带减速机的直流电机或步进电机，执行元件111安装在外壳3形成的内腔中，并利用执行元件支架112固定在外壳3的内壁上，其动力输出轴垂直向下并与驱动轮轴115轴端的联轴器113相联接；所述导向机构2主要包括导向轮22、导向轮安装板24及导向轮压紧弹簧26，所述导向轮22为两个滚轮，导向轮22安装在垂直安装于导向轮安装板24的导向轮轴23上，导向轮22的外圆周面与导轨7的侧面相啮合，导向轮安装板24利用与导轨7平行的铰链27安装在外壳3底面外侧并与外壳3底面平行，并能绕铰链27转动，所述导向轮压紧弹簧26套在弹簧导杆25上，导向轮压紧弹簧26一端与外壳3底面外侧接触，另一侧与导向轮安装板24的顶面接触，给导向轮安装板24施加压力使导向轮安装板24将导向轮22压紧在导轨7上；所述声音传感器9安装在外壳3与钢领板4相对的外侧上，声音传感器的传声孔呈水平或向下倾斜方向对准钢领外侧；所述供电装置10包括安装在导轨上的导电条102及两片导电弹性压片101，导电条102上接直流电源正，导轨7上接直流电源负，导电条102与导轨7之间安装有绝缘条103，导电弹性压片101的一端靠接线柱105安装在外壳3底面外侧，接线柱105与外壳3底面之间有绝缘磁座104，导电弹性压片101的另一端分别与导电条102及导轨7接触并靠自身弹力压紧；所述电源板14主要包含电池、充电电路及稳压电路，电源板14安装在外壳3底面的内侧，电源通过导线与接线柱105相连提供；所述主电路板12安装在与声音传感器9同侧的外壳3侧面内壁上，主电路板12主要包括音频信号处理电路、音频信号采集电路、微控制器及其接口电路、执行元件驱动电路及通讯模块；所述人机交互界面13安装在外壳3的顶部，主要包括键盘与显示屏；所述无线通讯模块36包括无线通讯电路板361及天线362，无线通讯电路板361安装在外壳3内侧的主电路板旁，通过导线与主电路板12的通讯模块及天线362相连，天线362安装在外壳侧面的外侧。

与现有技术相比，本发明用于环锭细纱机的细纱断头检测方法由于利用声音信号检测细纱断头，属于非接触测量，并且不受车间内飞花的影响，由于用微控制器检测声音信号并进行处理，可以利用数字信号处理技术避免车间内噪声对测量结果的影响，具有稳定、不易受干扰及可靠的特点。本发明用于环锭细纱机细纱断头检测的装置由于采用本发明断头检测方法检测细纱断头，具有结构简单、易于维护、成本低及便于实施的特点，同时，相对于光电传感器等其他传感器检测方式，声音传感器对安装位置精度的要求相对较低，便于实施。

附图说明

图1为本发明细纱断头检测方法中检测得到的声音信号图例。

图2为本发明图1中声音信号低通滤波后的信号图例。

图3为本发明图2中信号变换后的信号图例。

图4为本发明图3中信号的能量谱。

图5为本发明细纱断头检测装置构成示意图主视图。

图6为本发明细纱断头检测装置构成示意图侧视图。

图7为本发明细纱断头检测装置驱动轮、导向轮与导轨位置示意图。

图中：1.支架2.导向机构22.导向轮23.导向轮轴24.导向轮安装板25.弹簧导杆26.导向轮压紧弹簧27.铰链3.外壳4.钢领板51.感应开关52.锭位钢板53.端部锭位钢板6.钢领7.导轨8.螺栓9.声音传感器10.供电装置101.导电弹性压片102.导电条103.绝缘条104.绝缘磁座105.接线柱11.驱动机构111.执行元件112.执行元件支架113.联轴器114.轴承座115.驱动轮轴116.驱动轮12.主电路板13.人机交互界面14.电源板15.温、湿度传感器36.无线通讯模块361.无线通讯电路板362.天线。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

本发明细纱断头检测方法采用声音传感器将被测声音变换为模拟量音频信号，对音频信号进行数字化采样后得到数字量声音信号，根据采样所得数字量声音信号的特征判断细纱是否发生了断头。

本发明细纱断头检测方法的原理：纺纱时钢丝圈与钢领具有相对运动，会因此产生摩擦声音，正常纺纱时，如果忽略捻缩的影响，钢丝圈转速等于锭子转速减去前罗拉出条速度除以细纱卷绕的周长，因此，钢丝圈在钢领上的转动速度比锭速稍低，它们之间的差异随细纱卷绕直径的变化而变化，如果细纱发生断头，则钢丝圈与钢领停止相对运动或运动速度比正常纺纱时明显降低(钢丝圈在细纱断头后有时会被高速转动的锭子产生的气流推动而在钢领上运动，但运动速度大大低于正常纺纱时钢丝圈的运动速度)。细纱机在纺纱时虽然噪声较大，但是其中与钢丝圈转动摩擦声频率接近的声音只有锭子转动产生的声音，可是由于锭子是滚动摩擦，其声音频率特性及幅值均不同于钢丝圈摩擦运动的声音；另外，声音传感器放置在钢领的外侧与钢领高度持平或稍高的位置，由于运动的钢丝圈与声音传感器之间的距离呈近似周期性(这里说近似的原因是由于钢丝圈的转动速度在纺纱过程中随着细纱卷绕半径的改变而改变，但是变化量较小)的忽远忽近，因此，声音传感器接收到的钢丝圈与钢领摩擦声会时大时小，当钢丝圈移动到距离声音传感器最近时，声音传感器接收到的钢丝圈摩擦声音最大，于是，在利用位于钢领外侧并与钢领持平或略高位置处的声音传感器采集该处的声音信号时，在采集到的声音信号上会周期性的出现短时的波峰，该波峰对应于钢丝圈每转先接近、然后远离声音传感器的过程(如图1所示)，根据采集到声音信号的这个特点即可以判断是否发生了细纱断头，如果这种由于钢丝圈运动产生的短时波峰出现的频率与锭子转动速度接近，则没有发生断头，否则，发生了断头。

下面给出本发明断头检测方法的几个具体实施例，这些实施例仅是对本发明细纱断头检测方法的举例说明，并不构成对本发明权利要求的限制，本发明未述及之处适用于现有技术。

本发明细纱断头检测方法一种实施例：使用动圈式麦克风作为声音传感器，麦克风的输出接PC机声卡的麦克风接口，PC机运行Windows操作系统，并采用LabView开发应用软件采集麦克风的声音信号，并对采集到的数字量声音信号进行处理与分析，如果声音信号中具有由于钢丝圈接近声音传感器时的波峰，并且该波峰出现的频率比锭子转动频率略低，则细纱发生了断头。所述麦克风在采集某锭位声音信号时位于该锭位相对应的钢领附近，麦克风的传声孔对着钢领上钢丝圈滑动轨道的外缘，且在铅垂方向上优选位于与钢领持平或略高(优选高出钢领0-60mm)的位置，在水平方向上优选位于过钢领轴心与钢领板长度方向相垂直的直线方向，在水平方向麦克风距离钢领铅垂方向轴心的最小距离大于钢丝圈及气圈运动轨迹的最大外径，以不影响正常纺纱为准，优选大于5-40mm。

本实施例中采集声音信号时的采样频率为10kHz，采样时间1s，设计锭速6000rpm，前罗拉出条速度设定为10m/min，忽略捻缩的影响，计算锭子与钢丝圈转动频率差为2.65Hz，采集到的声音信号如图1所示，由图中可以看出，该信号中明显存在由于钢丝圈周期性的接近声音传感器而引起的波峰，波峰之间间隔时间略大于10ms；对采集到的数据进行低通滤波去除高频的噪音，滤波的最低通带100Hz，最低阻带200Hz，滤波后得到如图2所示信号，从该信号能更清楚的看出钢丝圈接近声音传感器时出现的波峰；为了能利用计算机自动识别声音信号中是否存在这种钢丝圈运动产生的声音变化的特征，本实施例对图2中的信号进行变换，具体方法为：设滤波后的声音信号序列为s_i(i＝0，1，2……9999)，从第i(i＝0，1，2……9949)个元素开始，用第i至i+50(此处50为锭子设计转动频率的一半)之间元素的最大值代替第i个值，经过这样变换后得到的信号如图3所示；对图3中所示信号进行傅里叶频谱分析，得到图3中信号的能量谱如图4所示，图中能谱最大值对应的频率为96Hz，且能量集中在该频率处，锭子设计转动频率为100Hz，钢丝圈理论转动频率应为97.35Hz，但是由于试验时的细纱机锭带较松，造成实际锭速低于设计锭速，因此，图4中能谱幅值最高的频率对应的是钢丝圈转动频率，比锭子转动频率略低，因此，细纱没有断头，属于正常纺纱。当细纱发生断头时，由于钢丝圈转动频率大大降低，并且变的没有规律，在采集到的声音信号中将不再出现本实施例图1-4中出现的现象。

本实施例中进行傅里叶频谱分析后用能量谱判断是否断头，但不排除使用幅值谱代替能量谱进行断头判断。本发明所述傅里叶频谱分析可以采用软件频谱分析及硬件频谱分析，一般情况下，硬件频谱分析系统的成本相对于软件频谱分析而言较高，本发明所涉及的声音频谱分析功能利用软件频谱分析可以胜任，因此，本发明优选采用软件频谱分析，但并不排除应用扫频技术或超外差式频谱分析技术的硬件频谱分析。除傅里叶频谱分析外，本发明还可以采用时频分析的方法(例如Gabor变换、小波变换等线性时频分析方法或者Cohen类时频分布等二次型时频分析)获取声音信号在不同频率处的能量分布，本发明优选采用傅里叶频谱分析方法，但并不因此排除采用前述时频分析方法得到声音信号幅值谱的分布。

本发明细纱断头检测方法一种改进实施例：为了便于将本发明本发明细纱断头检测方法应用于细纱机生产现场，采用ARM9系列嵌入式工控板代替PC机，工控板运行Linux操作系统，采用C语言编写应用程序实现声音信号的采集与分析及细纱断头判断，采用带功放及滤波器的全向型拾音器做声音传感器，本实施例中声音传感器优选为电容式，因为电容式比动圈式具有更高的灵敏度，工控板利用模拟量采集卡采集声音传感器的输出信号。该实施例在处理采集到的声音信号时，也先对采集到的声音信号进行低通滤波，得到类似图2的声音信号，由于正常纺纱时钢丝圈转动频率略低于锭子转动的频率，设声音采样过程中设计锭子转动速度为n转/分，则锭子转动一周所需时间60/n秒，设模拟量采集卡采集声音信号时的采样频率为f，则锭子转动1.5周时间内采集到的数据点数为90f/n，对于滤波后的声音信号，将其分为若干段，每段的长度为90f/n个数据点，对于每一段数据，查看该段数据中的两个最高波峰之间的时间差，如果该时间差比锭子转动一周所需时间略长，则细纱没有断头。除本发明实施例中所述信号处理方法外，还可以提出多种算法用于识别由于钢丝圈运动产生的声音信号中所述波峰的所述特征，并根据该特征判断是否发生了细纱断头，无论采用何种方法，只要利用本发明所述由于钢丝圈运动产生声音信号的特点进行断头判断均属本发明适用范围。

本发明细纱断头检测方法另一种改进实施例：为了进一步降低应用该方法的成本，利用单片机做控制器开发控制电路板，为了减小与被测锭位相邻锭位的声音对被测锭位声音信号检测产生的有害影响，声音传感器采用带功放及滤波器的定向型拾音器，单片机利用自带的AD通道检测声音传感器的模拟量输出信号，并对数字化后的声音信号进行频谱分析及断头分析。

本发明所述细纱断头检测装置按照本发明所述细纱断头检测方法设计(参见图5-7)，其主要包括导轨7、驱动机构11、导向机构2、外壳3、声音传感器9、供电装置10、电源板14、主电路板12、无线通讯模块36、人机交互界面13；所述外壳3为一外形为长方体状壳体，优选为金属材质壳体，可以屏蔽现场干扰；所述导轨7利用螺栓8及支架1呈水平方向安装在钢领板4的侧面；所述驱动机构11主要包括执行元件111及驱动轮116，所述驱动轮116安装在驱动轮轴115的一端并位于外壳3底面的外侧，驱动轮116外圆与导轨7侧面相啮合，驱动轮轴115穿过安装在外壳3底面上的轴承座114内的轴承，驱动轮轴115的另一端位于外壳3内腔内并与联轴器113联接，所述执行元件111为带减速机的直流电机或步进电机，执行元件111安装在外壳3形成的内腔中，并利用执行元件支架112固定在外壳3与主电路板安装侧相对侧的内壁上，其动力输出轴垂直向下并与驱动轮轴115轴端的联轴器113相联接，从而可以带动驱动轮116转动，带动细纱断头检测装置沿导轨7移动；所述导向机构2主要包括导向轮22、导向轮安装板24及导向轮压紧弹簧26，所述导向轮22为两个滚轮，导向轮22安装在垂直安装于导向轮安装板24的导向轮轴23上，导向轮22的外圆面与导轨7的侧面相啮合，导向轮安装板24利用与导轨7平行的铰链27与外壳3底面平行安装在外壳3底面外侧，并能绕铰链27转动，所述导向轮压紧弹簧26套在弹簧导杆25上，导向轮压紧弹簧26一端与外壳3底面外侧接触，另一侧与导向轮安装板24的顶面接触，给导向轮安装板24施加压力使导向轮安装板24将导向轮22压紧在导轨7上；所述声音传感器9安装在外壳3沿钢领板4长度方向、与钢领板4相临的外侧上，声音传感器上的传声孔水平或向下倾斜对准钢领上与声音传感器距离最近的钢丝圈滑动经过的部位；所述供电装置10包括安装在导轨上的导电条102及两片导电弹性压片101，导电条102上接直流电源正，导轨7上接直流电源负，导电条102与导轨7之间安装有绝缘条103，导电弹性压片101的一端靠接线柱105安装在外壳3底面外侧，接线柱105与外壳3底面之间有绝缘磁座104，导电弹性压片101的另一端分别与导电条102及导轨7接触并靠自身弹力压紧，靠导电弹性压片101给细纱断头检测装置供电；所述电源板14主要包含电池、充电电路及稳压电路，电源板14安装在外壳3底面的内侧，电源通过导线与接线柱105相连提供，为了防止导电弹性压片101与导轨7或导电条102接触不良导致供电不稳定，电源板上设置有充电电池及充电电路，细纱断头检测装置的用电由充电电池提供，导电弹性压片101提供的电源用于充电电路给充电电池充电；所述主电路板12安装在与声音传感器9同侧的外壳3侧面内壁上，主电路板12主要包括音频信号处理电路、音频信号采集电路、微控制器、执行元件驱动电路及通讯模块；所述人机交互界面13安装在外壳3的顶部，主要包括键盘与显示屏，键盘上的按键用于用户控制细纱断头检测装置的运行、输入设计锭速、前罗拉出条速度、纱管直径、粗纱来源、开始运行及停止运行等参数或命令，显示屏用于向挡车工显示发生断头的锭位号及断头检测装置的运行状态；所述无线通讯模块36包括无线通讯电路板361及天线362，无线通讯电路板361安装在外壳3内侧的主电路板旁，通过导线与主电路板12及天线362相连，天线362安装在外壳侧面的外侧，细纱断头检测的结果除采用细纱断头检测装置的显示屏显示之外，为了便于挡车工查看，在车间内安装可以接收无线信号的大显示屏，细纱断头检测装置将断头检测结果通过无线传输方式传输给车间内放置的大显示屏，避免了车间内布线不便，本发明细纱断头检测装置优选利用无线通讯方式将细纱断头信息发送给可以接收无线信号的大显示屏，无线通讯方式可以采用蓝牙或ZigBee等技术，但并不因此而排除采用有线信息传输方式。

本发明所述细纱断头检测装置的改进方案的特征在于为细纱断头检测装置加入锭位及车头检测装置(参见图5、6)，便于控制细纱断头检测装置的运行。具体为，加入两个感应开关51，感应开关51与钢领板垂直安装在声音传感器的下部、外壳3靠近钢领板一侧的外壁上并利用导线与主电路板的两个DI口相连，在钢领板上与每个锭子相对应的位置安装一块锭位钢板52作为电感开关的检测目标，当细纱断头检测装置在导轨上移动时，微控制器通过检测上部的锭位感应开关51是否移动到了锭位钢板52所在位置，从而间接检测细纱断头检测装置的声音传感器9是否移动到了钢领所处位置，如果移动到了钢领所在位置，则开始一个锭位的声音检测与分析；在细纱机每侧两端部锭子位置处的钢领板上安装端部锭位钢板53，端部锭位钢板53比锭位钢板52长，可以让两个感应开关51同时检测到，细纱断头检测装置的微控制器如果检测到两个感应开关51同时正对端部锭位钢板53，则进行一次声音检测与分析后令执行元件111改变转向，从而使细纱断头检测装置在导轨上改变移动方向。本发明细纱断头检测装置利用锭位及车头检测装置还可以判断发生细纱断头的锭位在细纱机上所处的具体位置，挡车工利用人机界面输入该细纱断头检测装置所处的细纱机台号及位于细纱机的哪一侧信息，细纱断头检测装置从车头开始移动过程中，每经过一个锭位钢板52，做计数加1，这样当检测到断头发生时，便可以确定发生断头的细纱机机台、哪一侧及锭位位置，当细纱断头检测装置移动到端部锭位钢板53时，命令细纱断头检测装置换向运行后计数器清零。本实施例中感应开关51采用非接触式电感开关，但并不排除采用其它形式的接触开关或非接触开关，例如电感式开关、霍尔开关、行程开关等，应用其它形式的开关时需要相应的变换开关检测目标的方式，比如应用霍尔开关时，需要在锭位钢板52及端部锭位钢板53上增加磁钢，这是该行业的基本知识，不再赘述。

本发明所述细纱断头检测装置的进一步改进方案的特征在于为细纱断头检测装置加入温、湿度传感器15，温、湿度传感器15安装在外壳顶面的外侧，并用导线与主电路板上的AD通道相连，细纱断头检测装置的微控制器利用温、湿度传感器6检测每个锭位处的温、湿度，并将温、湿度数据连同断头数据一起发送给上位机，这样可以利于上位机分析断头产生的原因，例如，绝大多数绽子在一落纱中没有断头，只在个别锭子上出现重复断头，这往往是由于机械状态不良而造成纺纱张力突变而引起的，如果大范围的出现断头，则可能是由于温、湿度不当引起的。本实施例中为了减少配件，便于操作人员操作，利用触摸屏替代按钮及显示屏人机界面，使界面更加简洁，且增加了配置的灵活性。

本发明所述细纱断头检测装置的进一步改进方案的特征在于为细纱断头检测装置加入图像传感器检测锭位上是否插有纱管，该改进方案的一种实施例为加入USB接口摄像头作为图像传感器，摄像头安装在声音传感器的正上方，镜头正对锭子，微控制器通过USB接口采集摄像头图像数据，并对采集到的图像进行图像处理，判断当前检测锭位是否有纱管，如果没有纱管存在，则既使根据声音信号判断为断头，也不认为发生了断头。本实施例采用USB口摄像头，但并不排除采用其它接口(比如1394或CameraLink接口等)的线阵或面阵图像传感器。关于利用图像处理方法识别锭子上是否有纱管是一个比较简单的图像处理问题，属于本学科熟知的技术问题。

本发明细纱断头检测装置实施例中的细纱断头检测装置均安装在细纱机车的外侧，是为了安装及调试方便，但并不因此排除将其安装在钢领板上位于细纱机内侧的位置。

本发明不限于上文讨论的实施例，本领域技术人员可根据本发明推理出其它变体形式，这些变体形式也属于本发明的主题。

Claims (10)

1.一种用于环锭细纱机的细纱断头检测方法，其特征在于利用微控制器通过声音传感器采集纺纱时钢领外侧的声音信号，对采集到的声音信号进行低通滤波，并根据滤波后的声音信号中钢丝圈与钢领摩擦运动产生的声音的特征判断是否发生了细纱断头。

2.根据权利要求1所述的细纱断头检测方法，其特征在于所述根据滤波后的声音信号中钢丝圈与钢领摩擦运动产生的声音的特征判断是否发生了细纱断头是指如果滤波后的声音信号在每个对应于钢丝圈接近声音传感器的时刻均具有相对于钢丝圈距离声音传感器较远时刻较高的波峰，且该波峰出现的频率比锭子转动的频率略低，则判断细纱为没有断头，否则，判断细纱为发生了断头。

3.根据权利要求1所述的细纱断头检测方法，其特征在于所述根据滤波后的声音信号中钢丝圈与钢领摩擦运动产生的声音的特征判断是否发生了细纱断头是由微控制器运行数字信号处理程序自动完成的。

4.根据权利要求1所述的细纱断头检测方法，其特征在于所述微控制器为单片机或嵌入式控制器。

5.根据权利要求1所述的细纱断头检测方法，其特征在于所述声音传感器在铅垂高度方向上位于与钢领水平或比钢领略高的位置，在水平方向上位于过钢领轴心与钢领板长度方向相垂直的直线方向，在水平方向声音传感器距离钢领铅垂方向轴心的最小距离大于钢丝圈及纱线气圈运动轨迹的最大外径，以不影响正常纺纱为准。

6.根据权利要求1所述的细纱断头检测方法，其特征在于所述声音传感器为电容式定向型声音传感器。

7.一种细纱断头检测装置，其特征在于该细纱断头检测装置根据权利要求1所述细纱断头检测方法设计，主要包括导轨、驱动机构、导向机构、外壳、声音传感器、供电装置、电源板、主电路板、无线通讯模块、人机交互界面；所述外壳为一外形为长方体状的金属材质壳体；所述导轨利用螺栓及支架呈水平方向安装在钢领板的侧面；所述驱动机构主要包括执行元件及驱动轮，所述驱动轮安装在驱动轮轴的一端并位于外壳底面的外侧，驱动轮外圆与导轨侧面相啮合，驱动轮轴穿过安装在外壳底面上的轴承座内的轴承内孔，驱动轮轴的另一端位于外壳内腔内并与联轴器联接，所述执行元件为带减速机的直流电机或步进电机，执行元件安装在外壳形成的内腔中，并利用执行元件支架固定在外壳的内壁上，其动力输出轴垂直向下并与驱动轮轴轴端的联轴器相联接；所述导向机构主要包括导向轮、导向轮安装板及导向轮压紧弹簧，所述导向轮为两个滚轮，导向轮安装在垂直安装于导向轮安装板的导向轮轴上，导向轮的外圆周面与导轨的侧面相啮合，导向轮安装板利用与导轨平行的铰链安装在外壳底面外侧并与外壳底面平行，并能绕铰链转动，所述导向轮压紧弹簧套在弹簧导杆上，导向轮压紧弹簧一端与外壳底面外侧接触，另一侧与导向轮安装板的顶面接触，给导向轮安装板施加压力使导向轮安装板将导向轮压紧在导轨上；所述声音传感器安装在外壳与钢领板相对的外侧上，声音传感器的传声孔呈水平或向下倾斜方向对准钢领外侧；所述供电装置包括安装在导轨上的导电条及两片导电弹性压片，导电条上接直流电源正，导轨上接直流电源负，导电条与导轨之间安装有绝缘条，导电弹性压片的一端靠接线柱安装在外壳底面外侧，接线柱与外壳底面之间有绝缘磁座，导电弹性压片的另一端分别与导电条及导轨接触并靠自身弹力压紧；所述电源板主要包含电池、充电电路及稳压电路，电源板安装在外壳底面的内侧，电源通过导线与接线柱相连提供；所述主电路板安装在与声音传感器同侧的外壳侧面内壁上，主电路板主要包括音频信号处理电路、音频信号采集电路、微控制器及其接口电路、执行元件驱动电路及通讯模块；所述人机交互界面安装在外壳的顶部，主要包括键盘与显示屏；所述无线通讯模块包括无线通讯电路板及天线，无线通讯电路板安装在外壳内侧的主电路板旁，通过导线与主电路板的通讯模块及天线相连，天线安装在外壳侧面的外侧。

8.根据权利要求7所述的细纱断头检测装置，其特征在于所述细纱断头检测装置含有锭位及车头检测装置。

9.根据权利要求7所述的细纱断头检测装置，其特征在于所述细纱断头检测装置含有微控制器可用于检测温度及湿度的温、湿度传感器。

10.根据权利要求7所述的细纱断头检测装置，其特征在于所述细纱断头检测装置含有微控制器用于检测锭位上是否插有纱管的图像传感器。