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基于盲源分离的纱线张力信号去噪研究

轻工机械 2024年第4期42卷 69-74,81页

作者：董晓洁贾江鸣贺磊盈万昌江浙江理工大学机械工程学院浙江杭州310018 浙江理工大学龙港研究院有限公司浙江龙港325000

针对采集到的纱线张力信号精确度低、对张力的大小读取困难的问题,课题组提出一种经验模态分解(empirical modal decomposition, EMD)、奇异值分解(singular value decomposition, SVD)、快速独立成分分析(fast independent component analysis, FastICA)相结合的纱线张力信号盲源分离方法。应用经验模态分解方法对张力信号进行自适应分解,得到多个平稳、有线性特点的本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)分量;将本征模态函数与张力信号组成多维观测信号,对其协方差矩阵进行奇异值分解,计算邻近奇异值差值并确定源信号的数目;计算IMF分量与张力信号间的相关系数,选择IMF分量与张力信号重构,得到虚拟的多通道信号;对得到新的多通道观测信号进行快速独立成分分析运算,实现纱线张力信号的噪声分离;搭建实验平台去噪实验对该算法进行分析验证。结果表明:该方法实现了纱线张力信号的有效分离,信噪比得到了提高,与15层小波去噪相比,信噪比提高了2.678 1 dB,完成了纱线张力自由振动信号的噪声去除。

关键词：纺织机械纱线张力经验模态分解快速独立成分分析盲源分离

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基于卷积滤波的接触式纱线张力测量方法

纺织学报 2023年第8期44卷 73-80页

作者：彭来湖刘建廷李杨齐育宝李建强茅木泉浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室浙江杭州310018 浙江理工大学龙港研究院有限公司浙江温州325802 杭州高腾机电科技有限公司浙江杭州310018

为有效保持纱线张力控制系统输出稳定的纱线张力,针对张力测量中出现的不收敛、抖动大、精度低和毛刺较多等问题对张力反馈调节系统的影响,提出一种基于卷积滤波的接触式纱线张力测量方法。首先在悬臂梁正反面粘贴电阻应变片,利用压阻... 详细信息

为有效保持纱线张力控制系统输出稳定的纱线张力,针对张力测量中出现的不收敛、抖动大、精度低和毛刺较多等问题对张力反馈调节系统的影响,提出一种基于卷积滤波的接触式纱线张力测量方法。首先在悬臂梁正反面粘贴电阻应变片,利用压阻效应将纱线张力信号转化为电压信号进行测量,经过分析可以发现受纱线输送路径环境及传感器结构特性影响,张力信号耦合了低频、高频和奇异噪声,不能直接用于纱线张力控制系统,因此,为解耦真实张力值,在软件控制系统中设计限幅滤波算法滤除奇异噪声;用低通滤波去除高频噪声;用S-G卷积算法去除低频耦合噪声。为验证算法可靠性与实用性,搭建纱线张力测量实验平台,对恒张力和变张力条件下纱线张力测量数据与标准数据进行对比分析。结果表明:该方法可将张力波动控制在0.6%以内,这对复杂工况下的纱线张力检测及张力控制系统具有指导意义。

关键词：卷积滤波悬臂梁压阻效应纱线张力噪声干扰实时测量

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基于横向振动频率的轴向运动纱线张力测量

纺织学报 2023年第6期44卷 72-77页

作者：李杨彭来湖刘建廷胡旭东郑秋扬浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室浙江杭州310018 浙江理工大学龙港研究院有限公司浙江温州325000

为高效、便捷地检测纱线张力,构建了一种基于横向振动频率的非接触检测纱线张力方法。利用弦振动原理推导出纱线横向振动方程,根据纱线振动方程计算纱线振动频率。以轴向运动纱线的张力、速度和频率的拟合公式,通过测量纱线的振动频率... 详细信息

为高效、便捷地检测纱线张力,构建了一种基于横向振动频率的非接触检测纱线张力方法。利用弦振动原理推导出纱线横向振动方程,根据纱线振动方程计算纱线振动频率。以轴向运动纱线的张力、速度和频率的拟合公式,通过测量纱线的振动频率可方便快捷地计算出纱线张力。将计算结果经过广义回归神经网络(GRNN)模型进行拟合,进一步提高测量结果的准确性。采用高速相机测量纱线的横向振动位移,并检测纱线的振动频率。利用频率法对32 tex纱线在设定张力分别为40和60 cN,速度分别为6和2 m/s时的张力进行测量。结果表明,利用振动频率测量纱线张力的数据经GRNN拟合,其曲线整体趋势与张力传感器测量的张力趋势相同且更加平滑,便于对生产过程中张力的控制,该方法具有有效性和准确性。

关键词：纱线张力非接触检测横向振动频率高速相机

基于机器视觉的弦振动纱线张力非接触检测系统

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纺织学报 2023年第5期44卷 198-204页

作者：纪越潘东马杰东宋丽梅董九志天津工业大学控制科学与工程学院天津300387 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387 天津工业大学机械工程学院天津300387

为提高运动纱线张力检测精确性,解决接触式测量引起的摩擦力误差、断头等织物问题,采用振动频率和图像处理方法来分析纱线张力,设计一种基于机器视觉的纱线张力非接触检测系统。检测系统由纱线传送装置、工业线阵相机、白色线光源、伺... 详细信息

为提高运动纱线张力检测精确性,解决接触式测量引起的摩擦力误差、断头等织物问题,采用振动频率和图像处理方法来分析纱线张力,设计一种基于机器视觉的纱线张力非接触检测系统。检测系统由纱线传送装置、工业线阵相机、白色线光源、伺服控制电动机、张力传感器组成。根据弦线悬链性理论建立纱线运动模型,结合纱线图像处理算法,寻找纱线图像上边界作为特征线计算其张力,结果表明:通过像素折算出的振动频率与实际张力拟合优度达0.99,在张力区间为5~30 cN以内,视觉系统测量值与张力传感器测量值相对误差率在±10%左右,非接触检测系统检测精度满足生产要求,避免了接触式测量存在的易磨损、稳定性较差等问题。

关键词：纱线张力非接触式检测弦线振动张力传感器机器视觉

利用机器视觉与张力观测器结合的纱线张力动态检测系统

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利用机器视觉与张力观测器结合的纱线张力动态检测系统

作者：马杰东天津工业大学

学位级别：硕士

张力是纺纱过程中的重要参数,直接影响纺织品质量和后续工艺的顺利进行。接触式张力测量容易对纱线造成损伤,同时影响张力检测的精度。利用机器视觉可以实现非接触式纱线张力的检测,但目前通过纱线张力与其相关的物理属性建立的数学模... 详细信息

张力是纺纱过程中的重要参数,直接影响纺织品质量和后续工艺的顺利进行。接触式张力测量容易对纱线造成损伤,同时影响张力检测的精度。利用机器视觉可以实现非接触式纱线张力的检测,但目前通过纱线张力与其相关的物理属性建立的数学模型没有办法完全的表达,而且张力采样速率受到限制。结合张力观测器的检测方法能够补充机器视觉采样速率不足的问题,而且可以完善数学模型。本文基于轴向运动弦模型与图像处理方法实现机器视觉纱线张力的检测,并结合张力观测器得到的张力进行算法融合,提高纱线张力动态检测的采样率与精度。主要工作如下:(1)搭建机器视觉与张力观测器结合的纱线张力动态检测系统。首先模拟纺纱工业流程设计纱线卷绕控制实验平台,并选择不同的控制方式实现纱线的控制。针对运动纱线的连续检测与实时数据处理的需求,完成相机、镜头、光源以及高性能处理器的选取。同时为了实现张力观测器与数据融合,增设数据通信硬件设备。(2)基于轴向运行弦模型实现机器视觉的纱线张力检测。首先将运动的纱线视为轴向运动弦模型,分析张力的影响因素,建立弦的横向动力学微分方程,最终确定纱线张力与振动频率的数学模型。为了缩短数据处理的时间与减少图像噪声的影响,设计阈值选取算法进行图像分割,提出特征线快速扫描算法与单向极值搜索算法计算振动频率,继而得到纱线张力值。(3)张力观测器的张力观测与数据融合的实现。首先建立降维张力观测器模型,为了得到张力观测器所需要的电机参数,通过Modbus通信从伺服驱动器中获取电机的电磁转矩与角速度信息。自适应加权数据融合算法适用于数据同步采集的数据融合,为了解决机器视觉采样数据丢失的问题,通过移动平均预测算法估算数据融合时机器视觉检测缺失的张力数据。(4)为了验证该系统纱线张力检测的效果,利用搭建的模拟卷绕平台进行测试实验,通过实验验证在一定范围内纱线张力与振动频率呈现二次曲线关系。将接触式张力传感器测得的张力分别与机器视觉、张力观测器和数据融合检测的张力进行效果对比。结果表明:在采样周期变小到0.05s的情况下,数据融合的方法解决了机器视觉采样频率不足的问题,检测的张力相比于原有的两种间接检测方法测量精度都得到提高,最大误差在10%以内。

关键词：纱线张力机器视觉张力观测器融合算法非接触式检测

基于自适应PID参数的织机纱线张力控制系统研究

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棉纺织技术 2023年第9期51卷 56-59页

作者：汪林俊林富生宋志峰刘泠杉龚小舟武汉纺织大学湖北武汉430200 三维纺织湖北省工程研究中心湖北武汉430200 湖北省数字化纺织装备重点实验室湖北武汉430200

为解决织造工艺中纱线张力具有非线性、时变性且容易受到外界环境因素干扰等问题,提出一种基于过拟合优化型BP神经网络整定PID控制系统。该系统可及时跟随纱线张力变化进行纱线张力补偿,对采集的PID参数调节时不会产生学习速率过慢的问... 详细信息

为解决织造工艺中纱线张力具有非线性、时变性且容易受到外界环境因素干扰等问题,提出一种基于过拟合优化型BP神经网络整定PID控制系统。该系统可及时跟随纱线张力变化进行纱线张力补偿,对采集的PID参数调节时不会产生学习速率过慢的问题,从而使得织机在工作过程中能够保持相对稳定的纱线张力。利用Matlab/Simulink进行系统仿真并进行试验平台验证,结果表明:该研究提出的控制方案比传统PID控制方案补偿纱线张力的超调量下降约30.7个百分点,经纱张力比较稳定。认为:基于过拟合优化型BP神经网络整定PID控制系统有效提升了对三维织机经纱张力的控制效果。

关键词：过拟合优化 BP神经网络纱线张力 PID控制三维织机

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三维旋转编织纱线张力建模及编织角在线检测与控制技术

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三维旋转编织纱线张力建模及编织角在线检测与控制技术

作者：项宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

三维编织复合材料克服了传统层合复合材料层间力学性能差的缺陷,具有纤维取向可设计等工艺优势,已在航空航天领域高性能结构件上获得应用。相较于纵横编织技术,三维旋转编织技术在预制体成型过程中运动灵活、流畅,生产效率较高,有望成... 详细信息

三维编织复合材料克服了传统层合复合材料层间力学性能差的缺陷,具有纤维取向可设计等工艺优势,已在航空航天领域高性能结构件上获得应用。相较于纵横编织技术,三维旋转编织技术在预制体成型过程中运动灵活、流畅,生产效率较高,有望成为三维编织预制体低成本、自动化成型的主流技术手段。但目前国内针对三维旋转编织工艺的研究还不够深入,对影响预制体成型质量的纱线张力缺乏理论研究,对编织角等结构参数的检测亦多采用织造完成后再进行测量的手段,无法实现在线检测与控制,难以保证织物结构均匀一致。因此,本文围绕预制体成型质量,从编织过程中纱线张力与编织角在线控制两个方面开展研究,对提高三维旋转编织自动化水平具有重要意义。针对卷簧回绕式纱线补偿携纱器,引入了描述纱线在动态条件下绕过任意曲面时张力变化关系的米纳科夫理论,建立了携纱器张力系统的动力学模型。根据该模型分析了匀速出纱过程中纱线张力变化并进行了实验验证。在此基础上,计算典型三维增强织物所对应的携纱器运动路径作为输入条件代入张力系统模型,得到了编织过程中纱线张力变化曲线。为实现表面编织角自动化检测,设计了基于数字图像处理的表面编织角检测算法,包括图像预处理、边缘检测和编织角检测三个主要环节。通过倾斜校正、图像增强和滤波等预处理操作,改善图像质量,为特征提取奠定基础。通过分析经典边缘检测算子的不足之处,提出了一种改进的自适应阈值Canny边缘检测算法,实现了预制体表面图像边缘特征自动检测。采用Hough变换算法提取直线特征并进行计算,实现了表面编织角的检测。设计并搭建了三维旋转编织表面编织角在线检测与控制系统,包括视觉检测子系统、运动控制子系统、PC软件子系统三部分。其中,视觉检测子系统采用球积分光源透射照明方案,在采集碳纤维三维编织预制体表面图像时具有良好的防眩光效果;运动控制子系统采用“PC—总线—单片机”控制方案,实现了三维旋转编织机多轴运动控制;PC软件子系统基于所提出的表面编织角视觉检测算法,按照模块化设计思想开发实现。最后,提出了基于增量式PID控制算法的表面编织角在线控制策略,通过实验验证了整个系统的可行性。

关键词：三维旋转编织纱线张力编织角视觉检测数字图像处理

基于机器视觉的纺织纱线张力测量系统的设计与实现

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基于机器视觉的纺织纱线张力测量系统的设计与实现

作者：潘东天津工业大学

学位级别：硕士

纺织行业在“十四五”时期坚持现代化发展的新格局,大力发展纺织智能制造,持续提高生产效率。在现代化织造过程中,纱线张力直接影响着织物成型质量和生产速度,由于线材的更新迭替和生产效率的提高,对纱线张力的精确测量要求愈加苛刻。... 详细信息

纺织行业在“十四五”时期坚持现代化发展的新格局,大力发展纺织智能制造,持续提高生产效率。在现代化织造过程中,纱线张力直接影响着织物成型质量和生产速度,由于线材的更新迭替和生产效率的提高,对纱线张力的精确测量要求愈加苛刻。当前的接触式张力测量存在不可避免与装置直接接触的问题,磨损测量装置,同时接触易改变纱线运动状态,使其受到附加摩擦,影响张力测量的准确性。随着机器视觉技术的发展,为纱线张力检测提供新的方向,运用弦线振动理论研究及机器视觉图像处理方法,本文研究一种非接触式纱线张力检测系统,实现张力精确检测。本文的主要工作如下:(1)为了探究非接触式检测中纱线张力与振动频率的关系,分析了非接触式检测过程中,采用机器视觉系统的图像测量技术和图像处理技术方法,针对纱线振动频率测量的需要,将系统中横向振动中的纱线视为弦线振动,用弦线振动理论来描述,建立纱线张力与弦线振动频率的数学模型,推导出纱线张力与纱线振动频率的理论关系,即纱线张力与纱线振动频率的平方成正比,检测系统适用于纱线的小张力测量。(2)为了实现纱线振动频率的产生和对纱线振动频率的检测,根据弦线振动理论进行系统结构设计和软件算法实现,首先设计纱线卷绕运动装置,规划相机拍摄视野范围,设计紧纱辊使纱线在检测范围内自由振动,伺服控制电机使纱线满足在不同的转速下运行。机器视觉图像采集时考虑相机采集速度、图像分辨率、曝光时间等因素,基于装置参数完成相机和镜头的选取,同时加选线光源提高纱线与背景的对比度。图像处理方面为了平滑纱线图像噪声,进行一系列图像预处理,为了获取图像上边界,选用边缘提取,边界信息看作是离散时间序列,相邻两帧图像的波峰波谷点计算得出频率,进而测量纱线张力。(3)为了验证纱线张力测量的准确性,利用搭建的检测装置进行测试实验,通过实验对比分析纱线张力结果,验证纱线振动频率和实际张力之间在一定范围内存在二次曲线关系。通过振动频率确定的纱线运动当前张力,在张力区间为1～30cn以内,误差范围为±10%,非接触式纱线张力检测不直接接触纱线,不会改变纱线原有的受力状态,从理论上讲,测量精度比直接接触式方法高,证明了非接触式检测系统完成纱线张力测量的可行性。

关键词：纱线张力非接触式检测弦振动张力传感器机器视觉

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纱线张力自动控制与检测试验平台

丝绸 2017年第6期54卷 27-32页

作者：邱海飞西京学院机械工程学院西安710123

针对实际纱线张力测试过程的难度及复杂性,以织机系统纱线张力成因为导引,分析了送经-卷取机构的组成和运动机理。借助数字化样机和3D打印技术,设计了一种送经-开口-卷取机构简化模型。通过压力传感器、单片机及C语言编程设计开发了纱... 详细信息

针对实际纱线张力测试过程的难度及复杂性,以织机系统纱线张力成因为导引,分析了送经-卷取机构的组成和运动机理。借助数字化样机和3D打印技术,设计了一种送经-开口-卷取机构简化模型。通过压力传感器、单片机及C语言编程设计开发了纱线张力闭环反馈控制模块,利用PWM波脉宽调制方式对送经-卷取电机进行驱动和调速,使纱线张力在允许范围内保持动态稳定。搭建形成了一套可实现动态纱线张力模拟、检测与控制的试验平台,通过纱线张力数据采集与实时调节,验证了传动机构和控制系统的可行性。为纱线张力测试技术的改进与创新提供了支持。

关键词：织机纱线张力 PWM波 3D打印检测调速控制