非接触式丝线动态张力全过程测试方法及测试系统

本发明涉及纺织生产过程中的丝线张力测试，具体涉及一种非接触式丝线动态张力全过程测试方法及测试系统。

背景技术：

1、在纺织工业中，将poy（预取向丝）通过加弹工艺加工成dty（拉伸变形丝），是化纤长丝后加工中最核心的环节之一。加弹的本质是赋予纤维蓬松性、弹性和柔软的手感，从而彻底改变其终端用途。该工艺要求的退绕速度最高达1200m/min，也是最考验丝饼卷绕品质的环节。

2、加弹丝生产中需要对丝饼（卷装）进行高速退绕。丝线从丝饼上退绕时，在导丝钩与丝饼之间会形成形如气球的旋转轨迹，业内称之为“气圈”。

3、现有技术中存在以下主要问题：

4、（1）目前评价丝饼卷绕品质好坏的主要指标是“断头率”，即在整个退绕过程是否存在拉断现象和断头次数。而丝线在卷绕过程的张力、卷绕轨迹、丝饼密实度，以及丝线规格等因素都直接影响丝线的退绕。当前仅以是否“断头”作为评价指标显然不够量化。

5、气圈区域的张力无法直接测量。丝线退绕过程中形成的气圈一旦被接触即会变形失效，因此传统的接触式测张力方法无法直接应用于气圈区域，这是本领域长期存在的技术难题。

6、（2）需要获取退绕全过程的张力数据。由于外层丝挤压内层丝，加之卷绕工艺参数设置不当，靠近纸筒的底层丝（距纸筒表面约20～25 mm）比较密实，该处极易发生断丝。断丝就需打结，一方面使丝线品质下降，染色时出现色差、不均匀；另一方面需要人工打结，效率降低且接头处产生瑕疵。因此，亟需一种能够获取丝饼退绕全过程张力的手段，用以量化评测丝饼卷绕质量好坏，并为卷绕工艺参数改进提供数据支撑。

7、（3）现有非接触测量方案的准确度或实用性不足。例如，通过检测丝线的振动特性来求丝线张力，这一方法受丝线物理特性、张力、导论结构及间距等多种因素影响，实用性差。

8、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够在不接触气圈的前提下获取丝线退绕全过程动态张力的完整技术方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，提供一种非接触式丝线动态张力全过程测试方法及测试系统。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种非接触式丝线动态张力全过程测试方法，包括以下步骤：

4、步骤一、设置退绕测试系统，所述退绕测试系统包括丝饼、导丝钩、张力测试装置、高速摄影仪和退绕辊；

5、步骤二、设定所述退绕辊速度以牵引丝线从所述丝饼退绕，经所述导丝钩形成气圈；

6、步骤三、利用所述张力测试装置在气圈下游的测试点处接触式测量丝线张力，同时利用所述高速摄影仪非接触式记录气圈的形态图像；

7、步骤四、构建基于绝对节点坐标法的丝线退绕动力学模型，输入丝饼外形尺寸、丝饼参数、丝线几何和物理参数，以及退绕速度，进行数值求解，提取仿真气圈形态和仿真测试点张力；

8、步骤五、将步骤四获得的仿真气圈形态和仿真测试点张力分别与步骤三的实验测试气圈形态和仿真测试点张力进行比较，若两者均在预设误差范围内一致，则判定模型验证通过；

9、步骤六、利用验证通过的仿真模型反求丝线退绕全过程各位置点的动态张力。

10、优选地，步骤三中所述张力测试装置设置在气圈下游末端。

11、优选地，步骤五中所述实测气圈形态包括气圈运动到最高位置和最低位置时的空间轮廓。

12、优选地，步骤五中所述预设误差范围包括气圈空间轮廓偏差和测试点张力偏差；其中，所述气圈空间轮廓偏差的判定方式为：将仿真气圈在最高位置和最低位置的空间轮廓分别与实测气圈在对应位置的空间轮廓进行对比，两者在各对应点处的空间位置偏差均不超过预设距离；所述张力偏差为：仿真测试点张力与实测测试点张力的偏差不超预设百分比。

13、优选地，步骤五中若比较结果未在预设误差范围内一致，则修正所述丝线退绕动力学模型的参数或边界条件，返回重新进行数值求解。

14、优选地，步骤六反求得到的全过程的动态张力分布用于评测丝饼卷绕质量或指导调整卷绕工艺参数。

15、优选地，还提供一种实现如上任一项所述非接触式丝线动态张力全过程测试方法的测试系统，所述测试系统包括：

16、丝饼，由丝线卷绕形成；

17、导丝钩，用于引导丝线退绕并形成气圈；

18、退绕辊，用于牵引丝线从丝饼上退绕；

19、张力测试装置，设置在气圈下游的测试点处，用于接触式测量丝线张力；

20、高速摄影仪，用于非接触式记录气圈的形态图像；

21、处理器，用于构建基于绝对节点坐标法的丝线退绕动力学模型并进行数值求解，以及将实测数据与仿真数据进行对比验证，并在验证通过后反求丝线退绕全过程各位置点的动态张力。

22、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

23、本发明的积极进步效果在于：

24、1.实现了丝线退绕全过程动态张力及运动参数的非接触式测量。通过“高速摄影仪非接触记录气圈形态＋气圈下游末端单点接触测张力”的组合测量方式，在不接触气圈、不干扰气圈形态的前提下获取建模与验证所需的真值数据；再借助基于绝对节点坐标法的丝线退绕动力学仿真模型，将有限的测量信息扩展为全过程各位置点的动态张力分布，填补了现有技术中气圈区域全过程张力非接触测量的空白。

25、2.为丝饼卷绕质量评测提供了数据化依据。通过反求得到的退绕全过程动态张力分布，能够定量评价丝饼卷绕质量好坏，尤其能够揭示靠近纸筒处底层丝的张力状态，定位易发生断裂的卷绕缺陷，从而实现对丝饼质量的数字化评测。

26、3.为退绕（卷绕）工艺参数优化提供了支撑。依据全过程动态张力分布对退绕（卷绕）工艺参数进行优化调整，能够从源头降低底层丝断裂的概率，减少人工接丝，提升丝线品质与生产效率。

27、4.反求结果可信，且方法具备迭代收敛机制。通过“气圈形态＋测试点张力”双维度、且在气圈最高/最低极端位置类比机械公差包络的验证判据，确保仿真模型与实物一致后方才用于反求，保证反求结果可信；当验证不通过时，可闭环修正模型参数或边界条件后重新求解，方法具备迭代收敛机制。

1.一种非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，步骤三中所述张力测试装置设置在气圈下游末端。

3.如权利要求1所述的非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，步骤五中所述实测气圈形态包括气圈运动到最高位置和最低位置时的空间轮廓。

4.如权利要求1所述的非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，步骤五中所述预设误差范围包括气圈空间轮廓偏差和测试点张力偏差；其中，

5.如权利要求1所述的非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，步骤五中若比较结果未在预设误差范围内一致，则修正所述丝线退绕动力学模型的参数或边界条件，返回重新进行数值求解。

6.如权利要求1所述的非接触式丝线动态张力全过程测试方法，其特征在于，步骤六由仿真模型反求得到的全过程的动态张力分布用于评测丝饼卷绕质量或指导调整卷绕工艺参数。

7.一种实现如权利要求1-6任一项所述非接触式丝线动态张力全过程测试方法的测试系统，其特征在于，包括：