УДК 821.384.3
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ТРИКОТАЖНОЙ МАШИНЫ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОТНА
Н. Ф. Гусарова
Рассмотрены возможности выявления в реальном времени дефектов основных элементов трикотажных игл — крючка и язычка. Выявлены основные проблемы такого контроля — ударные явления, возникающие при взаимодействии иглы с кулачком; большая (более 200 %) дисперсия положения иглы в динамическом режиме; нестационарный в оптическом смысле фон, характеристики которого изменяются не только от машины к машине, но даже в течение рабочей смены. Исследованы оптические характеристики игл как объектов оптического контроля. Приведены схемы и характеристики приемопередающих узлов контроля крючков и язычков игл, аналитически оценены и экспериментально подтверждены их оптимальные параметры. Приведены результаты сравнения разработанного прибора со штатными механическими датчиками и лучшим зарубежным аналогом. Демонстрируемые в обоих случаях преимущества прибора связаны не столько со сменой физического принципа действия, сколько с более адекватной структурной и алгоритмической организацией.
Необходимость дефектоскопии продукции легкой промышленности в условиях современного рынка очевидна. В работе [1] рассмотрены возможности автоматизации контроля технологического процесса трикотажного производства на уровне выходного продукта — полотна. Качество последнего в значительной степени обеспечивает организация дефектоскопии в реальном времени непосредственно рабочих органов трикотажной машины.
Трикотаж [2] — изделия или полотна, получаемые из нитей путем образования и взаимного переплетения петель. На рис. 1 представлена обобщенная схема отбойной линии (зоны образования трикотажа) двух-фонтурной трикотажной машины. Машина имеет две вращающиеся игольницы (фонтуры) — игольный диск 1 и игольный цилиндр 2, в пазах которых в соответствии с принятым способом петлеобразования происходит возвратно-поступательное (9,10) движение игл 5. В результате из подводимых с помощью нитевода 4 к иглам нитей 3 непрерывно образуется полотно в виде чулка, верхний край которого висит на иглах, а нижний край, пропущенный через щель между фонтурами, складывается пополам и наматывается на приемный валик.
Основными элементами иглы являются крючок 7 и язычок 8. Расстояние между иглами Ь для современных машин колеблется от 8,5 до 0,75 мм, среднее значение толщины крючка составляет 1—0,3 мм, а общее количество игл доходит до 3000. Положение крючка иглы жестко (без учета вибрационных возмущений) фиксируется кулачковым механизмом вязальной машины. Специфическая нагрузка в кругловязальной машине — удар при взаимодействии иглы с кулачком. При этом в стержне иглы распространяются волны напряжений, а изменение направления движения обусловливает появление дополнительных напряжений от инерционных нагрузок.
Рис. 2 показывает, что во время одной из операций петлеобразования, а именно во время прессования П, игла последовательно испытывает два сильных разнополярных ударных возмущения, которые возбуждают весь спектр ее собственных колебаний. При работе машины в игле имеют место также деформации за счет удара крючка иглы о нитевод.
Принудительное открытие и закрытие язычка 8 происходит за счет скольжения нитей вдоль стержня иглы (рис. 1, вид А). Взаимодействие нити с язычком иглы приводит к постепенному или скачкообразному
тангенциальному смещению чаши язычка на величину до 0,3—0,6 ее диаметра относительно оси симметрии иглы в сторону, противоположную технологическому движению нити.
8
4
Вид А
Рис. 1. Схема отбойной линии (вид А — положение игл в характерных тактах петлеобразования):
1 — игольный цилиндр; 2 — игольный диск; 3 — перерабатываемые нити; 4 — нитевод; 5 — иглы; 7 — крючок иглы; 8 — язычок иглы; 9 — направление движения игл цилиндра; 10 — направление движения игл диска.
Таким образом, наиболее массовым видом повреждения игл на кругло-вязальной машине является полом и отгиб крючка, а на втором месте — отгиб язычка. Другие повреждения (полом пятки, хвостовика и стержня иглы) встречаются значительно реже. Этот вывод хорошо подтверждает полученная автором статистика отказов игл в условиях действующего трикотажного производства (АО СПТО "Ника", Санкт-Петербург).
На рис. 3 представлены схемы наиболее распространенных дефектов иглы (на рисунке для упрощения приведена только верхняя часть иглы). Схемы показывают развитие деформации крючка вплоть до его облома, а также перемещение критического сечения по направлению к пятке иглы (рис. 36—д), при этом значения b и h могут изменяться (рис. Зв). Встречаются также отгибы крючка относительно оси стержня (рис. Зе) вплоть до 180°. Дефект типа рис. 3ж визуально практически не выявляется, если игла установлена на машину. Западание язычка (рис. 3з) может развиваться вплоть до Ья = 0, хотя чаще всего изменение Ья составляет примерно 3—5 %.
Анализ кинограмм скоростной киносъемки технологического процесса показывает, что разброс положений иглы в динамическом режиме (относительно статического) достигает двух ее толщин.
S
8
1
Контроль игл происходит на нестационарном в оптическом смысле фоне, который образуется нитями, деталями машины, а также оседающими на последних масляными пленками, пылью, пухом и другими загрязнениями. Таким образом, характеристики фона при контроле игл изменяются не только от машины к машине, но даже в процессе эксплуатации устройства контроля в течение рабочей смены.
циальном направлении в процессе петлеобразования.
Описанные выше конфигурация отбойной линии, основные типоразмеры игл и динамика их движения ограничивают набор физических механизмов контроля, заставляя исключить из рассмотрения такие принципиально возможные механизмы, как электромагнитный и контактный.
Рис. 3. Схемы дефектов игл:
а — переформированная игла; 6 — слабый отгиб крючка; в — сильный отгиб крючка; г, д — обломы крючка; е — загиб крючка вбок; ж — отгиб стержня иглы; 3 — западание язычка; и — облом язычка.
Для выявления возможностей оптического контроля элементов игл было проведено экспериментальное исследование отражательных характеристик наиболее распространенных игл (класса 0-338).
На рис. 4 представлены типичные зависимости потока Ф, отраженного от элементов игл, при смещении вдоль отбойной линии Ас1, полученные для одной и той же выборки игл при разных фотометрических условиях. В первую очередь необходимо отметить преобладание зеркальной компоненты отраженного излучения как для крючка, так и для язычка иглы, то есть поверхность крючка правомерно моделировать зеркаль-
ной сферой, а язычка — зеркальным цилиндром. Это обстоятельство объясняет критичность схемы контроля относительно углового положения источника и приемников излучения, а также весьма высокое отношение сигнал/шум. В то же время колебания уровня принимаемого потока излучения при переходе с иглы на иглу достаточно велики как в случае крючка, так и в случае язычка и могут достигать 70 %. Они являются случайными и практически полностью определяются фотометрическими свойствами самих игл, при этом помеха от рассеивающего фона носит аддитивный характер.
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 4. Изменение потока излучения Ф, отраженного от элементов игл, при смещении Д¡1 вдоль отбойной линии
("+" — элемент целый, "-" — элемент отсутствует): а — отражение от крючков в отсутствии оптического фона; 6 — то же на фоне в виде плоскости из сплава Д16 с анодным оксидированием; в, г — отражение от язычков при расстоянии 3,0 мм (в) и 5,0 мм (г) до осветителя (у иглы 5 (г) язычок удален непосредственно на экспериментальной установке).
Требования к подсистеме контроля игл как оптико-электронному устройству обнаружения дефектных игл определяются прежде всего допустимыми значениями вероятности ложной тревоги Рпт и вероятности правильного обнаружения Рпо, которые в свою очередь лимитируются условиями трикотажного производства. Характерным примером может служить кругловязальная машина Мультикомет-48 20-го класса с параметрами: количество игл 1680, диаметр игольницы 750 мм, линейная скорость игл в зоне вязания 1 м/с. Несложные подсчеты показывают, что в течение 8-часовой рабочей смены с учетом технологических остановок машины в поле зрения устройства проходит примерно 2107 игл. Так как каждое срабатывание контрольного устройства приводит к остановке машины и потере ее производительности, допустимым уровнем ложных срабатываний можно признать не более 1 события в смену, то есть Рлт < 5 • 10~8. С другой стороны, фактическое количество поломок игл составляет, по нашим оценкам, 2—20 событий в смену, то есть допустимым уровнем правильного обнаружения следует считать Рпо = 0,8— 0,9. Тогда, воспользовавшись характеристиками обнаружения Рпо = ЯРл.т> Я) Ддя нормальной помехи с дисперсией ар2 и сигнала со случайной
начальной фазой [3], приходим к выводу, что структура устройства контроля игл для данной машины должна обеспечивать величину параметра обнаружения ц = не менее q= 13 (для Рп о = 0,8), а для Рп о = 0,9 необходимая величина <? возрастает до ц = 19. Такой порядок требуемой величины q сохраняется для большинства типов оборудования, для которого задача контроля игл представляется экономически оправданной.
В этих условиях выбор и оптимизация структуры контрольного устройства должны быть направлены в первую очередь на уменьшение уровня помех в отдельных его узлах и устройстве в целом. Рис. 4 показывает принципиальную возможность организации контроля игл на действующей трикотажной машине в режиме, соответствующем достаточно малому уровню шумов приемоусилительного тракта, то есть обеспечения требуемого уровня # = з/ар. В то же время существенное значение приобретает борьба с паразитными отражениями рабочего излучения от фоновой поверхности, в качестве которой выступают элементы отбойной линии трикотажной машины (см. рис. 1). Конфигурация элементов отбойной линии изменяется в зависимости от типа и класса машины, а механизм и количественные характеристики отражения практически идентичны иглам, что выводит проблему борьбы с паразитными отражениями от элементов отбойной линии на п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.