1 在线检测技术在现代纺纱工程中的重要作用
在纺织产品质量检测过程中，对织物的布面检测基本采用全数检验方法；而对棉纱线的质量检验，由于大部分检验是采用破坏性试验，因而只能采用随机抽样检验。纺纱工程和织造工程相比，其生产单元（即纺纱纱锭）较多，随机抽样检验时，很有可能某些有质量缺陷的纱锭很长时间都采集不到样品进行检测，且以子样水平代表总体水平的棉纱平均质量，并不能完全决定布面质量，往往在总体水平不差的一批棉纱中，个别卷装的次品会影响到整个布面质量和实用质量。随着纺织技术的不断进步，特别是电子信息技术及计算机技术的飞速发展，在线检测技术在纺纱工程中得到越来越广泛的应用。加速在线检测技术的发展，推进在线检测技术的应用，对加强纺纱生产的过程质量控制，改进和完善传统纱线质量检测方法的不足，提高纺织品质量水平，实现纺纱生产现代化和推进纺织技术进步有着重要意义。
在线检测是指在生产过程中直接对被检测产品的特性进行检测的方法。在纺纱工程的很多工序都较早的使用了在线检测和自动调节、自动检测技术。清棉工序的自动检测棉包高度，自动检测和控制棉箱存储量；梳棉工序的自调匀整系统和在线检测棉结、杂质功能；并条工序的自调匀整系统；粗纱机纺纱张力在线监控系统；细纱工序的断头自动检测和络筒工序的电子清纱功能等等，都成功地应用了在线检测技术。在纺纱生产流程中并条工序是控制棉条质量的最后一道工序，络筒则是去除疵点，控制成纱质量的最后一道工序，应用较为广泛、使用效果较为明显的应当是并条机的在线检测技术和络筒机的在线检测技术。本文以较为典型的Vouk SH802E、Unimax并条机和 Savio Orion络筒机为例，对并条工序和络筒工序的在线检测技术的应用和实际效果作一些探讨。
2 典型在线检测技术在纺纱关键工序的应用
2．1 并条工序在线检测技术的应用
SH802-E及Unimax并条机在线检测技术包括自调匀整系统、质量检测与控制系统及机械报警系统。
2.1.1 并条机自调匀整系统
SH802-E及Unimax型并条机上的USC、USG自调匀整系统的作用原理,是用一对凹凸罗拉对喂入并条机的棉条进行连续采样,检测其喂入量的变化，将凹凸罗拉位移量的转化转换成电压信号，经计算机处理后，控制伺服电机改变牵伸系统的主牵伸区牵伸倍数，使输出棉条达到匀整的目的。和传统的无自调匀整并条机相比，在并条输出条质量控制上，自调匀整并条机有以下几方面优点：
（1）牵伸区牵伸倍数的变化与喂入量变化在时间上同步
传统的并条纺出重量控制方法是在并条机生产过程中每班定时采样，将检测重量与设计重量对照，当离线检测的重量超过设计重量一定范围时，人工调节牵伸齿轮，改变牵伸倍数，使纺出的重量与设计重量相符（或者相近），过分重或过分轻的棉条则作为不合格品回用。当喂入棉条因前道原因（如配棉变化，落棉工艺改变等）呈系统性变化时，这种方法能够调节输出条重量，使成纱号数达到一致。但在调节过程中，有明显的滞后性。当喂入条因偶发性因素（如棉卷破洞，泻棉网，吸白，缺条等等）而呈无规律变化时，定时采样则很难发现其变化情况，即使偶然发现这种变化，也有可能以偏概全，轻易调整并条机的牵伸倍数，从而产生更严重的系统不匀。USC、USG型开环式自调匀整系统，通过设定死区长度来调整牵伸倍数的变化延时，达到牵伸改变与喂入量变化同步，有效地避免了传统调节方法中的调节滞后和对无规律变化的消极控制。
（2） 牵伸区牵伸倍数的变化与喂入量变化在变化量上同步
传统的并条纺出重量控制方法中，通常规定当输出条偏离标准重量±1%以上时调整并条机一只冠牙，偏离标准重量±2%以上时作回棉条处理。即使这种人为的规定是合理的，若排除粗纱，细纱牵伸过程中的干扰因素，熟条重量差异±1%时，成纱重量也会有±1%的差异。在并条机牵伸机构中，调整一只冠牙，只能改变牵伸倍数的1%左右，如果要作微量调整，要么增加冠牙齿数，要么增加牵伸对牙的数量，这在机械设计中是困难的。在离线检测中将实测重量与标准重量对比时，标准重量是干燥重量或是一定回潮率下的湿重，而实测重量则是生产环境实际回潮率下的湿重，实际回潮在重量检测时是未知的，必须经过较长时间烘干后才能计算出实际回潮，因此按照实测重量调节并条重量时，总是默认检测时的回潮率与上一次检测时的回潮率是一致的，因而是不严谨的。在自调匀整并条机中，当实际喂入量G与理论喂入Go是有差值△G时，实际总牵伸倍数Q1与理论牵伸倍数Qo遵守以下匀整方程式
Q1=Qo＊（1+△G/Go）
该公式在理论上表明：只要并条机上实际喂入量G与理论喂入量Go有差异△G时，总会有实际牵伸倍数Q1与之相对应的，且变化规律是连续直线。实际应用中，通过调整自调匀整仪的放大倍数，修正牵伸倍数对喂入量变化的响应程度，使牵伸倍数相对变化是与喂入量相对变化量相一致。此外USC、USG型自调匀整仪的检测机构是机械电器结合式，有效地清除了传统重量调节方法中的回潮率影响。
2.1.2 并条机的质量检测系统和质量控制系统
SH802-E及Unimax型并条机在前罗拉之后，输出紧压罗拉（阶梯罗拉）之前设置有质量检测系统，通过高精度的棉条压力传感器（FP喇叭头），精密测试输出棉条的体积变化，通过计算机处理，将棉条质量检测的结果显示在计算机屏幕上。虽然质量监测系统不参与自调匀整系统的工作，但质量监测的结果能够提供信息，使用户及时掌握质量状况，指导调节自调匀整系统的工作状态。其在线检测的输出内容：
（1） A%-CV%值：表示当前的棉条重量偏差A%，棉条1米，3米，10米，100米切割片段的重量CV%值和条干CV%值。
（2） 瞬时棉条重量变化情况：用动画形式表示棉条即时3米重量变化情况。
（3） 棉条重量偏差曲线图：表示1米、3米及前1小时内每分钟，前一天内每小时，前一月中每天的棉条重量偏差变化规律。
（4） 棉条条干CV%值直方图：表示前一小时内每分钟，前一天中每小时，前一月中每天条干CV%值的平均值变化情况。
（5） 瞬时牵伸倍数变化情况：用动画形式表示即时总牵伸倍数的变化情况。
（6） 牵伸倍数：表示即时的总牵伸倍数，后区牵伸倍数数值。
同时系统还设定了两类在线质量控制方法：一种是当棉条质量特性值超过一定数值时，机器报警；另一种是当棉条质量特性值超过一定数值时，机器自动停车。主要设定内容为：
（1） A%：长片段重量偏差质量报警和停车设定。
（2） A%-S：短片段重量偏差质量报警和停车设定。
（3） CV%：条干CV%值质量报警和停车设定。
（4） CVL：长片段重量CV%值质量报警和停车设定。
（5） 棉条检测最低速度：表示达到这个速度时，在线检测系统开始检测，此值一般为正常生产速度的75%-95%。
（6） 棉条控制的最低速度：表示达到这个速度时，匀整系统才开始对棉条进行控制，此速度的设定绝对不能大于正常生产时的棉条喂入速度。
2..1.3 并条机在线检测系统的应用和管理要求
在线检测系统在现代并条机中具有重要的作用。但是在实际应用必须加以合理的设定和调整，才能使其作用发挥的更好，保证熟条质量的优良。这些调整主要包括自调匀整仪的参数调整，报警系统的调整等。
（1）品种调整时死区长度、放大倍数、机械牵伸倍数的调整
USC、USG型自调匀整仪中，死区长度和放大倍数是两个重要的工艺参数；死区长度决定了匀整机构对喂入棉条波动量的响应延迟时间；放大倍数决定了匀整机构对喂入量的响应程度。前者取决于机械上检测点的位置、纤维平均长度和离散程度以及系统的惯性；后者取决于原料性能、密集程度及蓬松性等。当日常品种翻改和生产原料改变时，原料的平均长度、离散程度、密集程度、蓬松性等都发生了改变。因此死区长度及放大倍数都必须作相应调整。
机械牵伸倍数的调整要根据喂入棉条号数与输出棉条的号数要求，计算出重量牵伸倍数，按照设备说明书提供的牵伸表选择牵伸齿轮。在自调匀整仪关闭的情况下，离线检测输出条重量，再微调牵伸齿轮，使输出条纺出重量达到设计要求。
（2） 棉条检测最低速度和棉条控制最低速度的设定。
棉条检测最低速度，是指并条机在线质量检测系统检测输出条时所需的最低速度，当机器生产速度低于这个速度时，质量检测系统将不检测输出条的质量。它的常用选择范围为正常生产速度的75%～95%，常常偏小掌握。日常生产过程中，当并条机生产速度因某种原因需要做调整，尤其是降低生产速度时必须相应调整该设定值，否则有可能造成质量检测系统不工作。棉条控制最低速度是指自调匀整系统工作时，所需的喂入棉条最低速度。当喂入棉条速度低于此设定值时，自调匀整仪不工作。原则上以不超过正常生产时的棉条喂入速度为上限，日常生产中建议将此值设定为棉条检测最低速度除以机械牵伸倍数所得的数值。同样道理，当生产速度作调整时，必须重新设定该速度，否则可能会导致自调匀整系统不工作。
并条机在生产过程中，总会有从停车到开车和换筒后重新开车的过程，在这个过程中，并条机的输出速度和喂入速度也会有从零点逐步增加到正常速度的过程，因此每桶输出棉条中都存在一处以上的这样的棉条，在开车时是未经过自调匀整和未经过质量检测的，这段棉条的长度视生产速度和限定速度设定而不同，通常在100米到150米左右。这段棉条既无质量记录，也是影响后道质量的隐患。使用中通常用两种方法进行控制：一是定期每周一次调整并条机机械牵伸配置，使机械牵伸与实际重量牵伸倍数尽量接近，减少在开车时由于自调匀整系统未工作而产生棉条重量偏差；二是在粗纱换棉条时，每一桶桶底棉条拉去两层作回条，以减少对后道影响。
（3） 在线检测质量数据的修正和应用
SH802E和Unimax并条机在线质量检测是通过棉条压力传感器来实现的。在棉条条干CV%值的测量原理上不同于电容式条干仪，在棉条重量偏差反映上不同于天平直接称量。因此在线检测的质量数据和离线检测的质量数据是存在差异的。
SH802E、Unimax型并条机在线检测的棉条条干CV%值通常低于离线检测的条干CV%值。通过多次读取在线检测的条干CV%值与同时离线检测条干CV%值，用回归分析法总能计算出两者的关系，这样就可通过在线检测的条干CV%值间接反映棉条实际条干水平。利用在线检测的条干CV%值，横向可以反映并条机台与台之间差异，眼与眼之间差异；纵向可用于对比班与班之间差异以及随着时间变化情况、条干水平的变化趋势，找出规律、采取措施，对质量加以控制。
在线检测显示的输出棉条重量偏差A%也是通过棉条压力传感器检测，经过信号转换，由计算机处理并显示出来。由于工作环境多种因素影响，往往会导致质量检测系统工作点的偏移，使在线检测显示的棉条重量偏差和离线检测的棉条的实际重量偏差存在差异，当这种差异过大时，会造成对质量控制的失真和机器频繁报警或停车。所以在实际生产中必须定期对输出棉条重量进行修正，对监测器工作点进行调整。这种调整的目的一方面是将输出条的重量调整到标准状态，另一方面是当输出条重量与标准重量相等时，自动地将在线检测所显示的重量偏差调整为零。
2．2 络筒工序在线检测技术的应用
自动络筒机的发展是现代纺织技术进步的标志性成就之一，现代计算机应用技术的发展使得自动络筒机在线检测功能日趋完善。Savio公司生产的Orion型络筒机与Uster公司生产的UQC 电子清纱系统的结合代表着自动络筒的世界先进水平。它除了在生产上高速、优质、节能等方面的特点外，在线检测功能的智能化、一体化体现得尤为突出。Orion型络筒机在线检测系统分为两部分：电子清纱系统和生产监控系统。
2．2.1 络筒机的电子清纱系统
UQC 电子清纱系统其基本作用和传统电清相同，即通过检测头对纱线进行在线检测，获得并处理与纱线质量有关的数据，清除符合设定条件的疵点，保证纱线质量。但在使用性能上有很大的改进，主要表现在纱疵类型及相应设定、纱线质量监测和报警及对电清硬件的特殊监测功能。
（1） UQC电子清纱器的纱疵类型和清纱设定
UQC电子清纱器的纱疵类型除了常规电子清纱器所具有的短粗节（S）、长粗节（L）和细节（T）三个清纱通道外，新增了极短粗节（N）、启动错支（C）、生产错支 （CC）、深色异纤（FD）、浅色异纤（FL）、链状异纤（MF）、链式纱疵（PC）、包芯纱纱疵（CY）、花式纱线纱疵（K）、和多头纱线（DY）、双纱纱疵（U）和捻结纱疵（J）等十二条清纱通道，共15条清纱通道。其中NS通道、L通道、T通道、FD和FL通道均有H1-H6六个辅助点用于清纱设定的微调，可根据需要精确调节清纱曲线。各种清纱参数的设定都能通过控制箱用键盘输入，清纱曲线能够在液晶显示屏上准确显示出来，并且可以根据纱疵分级图中管纱纱疵的分布情况对清纱曲线作相应调整。
（2） UQC电子清纱器的纱线质量监测和质量报警
UQC电子清纱器检测头通过电容式检测原理检测纱线截面变化，通过光电式检测原理检测纱线色泽变化，经过计算机数据处理，将每一锭、每一工作组、整台车的管纱质量信息和经过络筒后的质量信息在显示屏上显示出来，并可根据需要打印输出。
（a）用直方图显示各工作单元（每一锭、每一工作组、整台车）的各级各类纱疵、质量报警次数、切割次数、络纱长度和平均条干CV%值。
（b） 用表格形式显示各工作单元的各级各类纱疵总数和每十万米个数，质量报警和切割的总次数和每十万米次数。
（c） 用表格形式显示各工作单元的管纱平均条干CV%值和各级常发性纱疵数量。
（d） 用图表形式象纱疵分级仪一样统计出各工作单元的管纱纱疵数和切除掉的纱疵数总数和每十万米个数及在清纱曲线上下方的分布情况。
（e） 用散点图在纱疵分级图表中，按照各级各类纱疵分别显示各工作单元的管纱纱疵数总数和每十万米个数及在清纱曲线上下方的分布情况。
UQC的这些在线检测的数据统计、数据处理及在线显示功能能为纺织厂随时提供质量数据信息，及时了解反馈纱疵信息，有利于纺织厂有针对性地对一些参数作调整，使清纱设定更合理。
同时利用这些在线检测的数据统计的质量数据，可以设定各种类型纱疵的质量报警极限，当规定纱线长度内的纱疵数量达到设定极限时，便引起机器报警并切断纱线，同时络筒锭位停止工作，记录下报警内容。质量报警的内容包括：极短粗节（N）、短粗节（S）、长粗节（L）、长细节（T）、异型纤维（F）、启动错支（C）、生产错支 （CC）、链状异纤（MF）及链式纱疵（PC）等，这几项报警的参数包括参考长度和设定疵点数量。
UQC的质量报警还包括以下内容：
（a）纱线质量不匀率条干CV %值的报警设定：依据某一锭或某一工作组的纱线条干CV %值的平均值，按照后道质量要求，分别设定条干CV%值的报警上限和报警下限，当生产过程中纱线条干CV%值超过设定上限或低于设定下限时，产生一次报警；依据络筒机上某一工作组的纱线条干CV %值，设定该组中单锭的条干报警上下限的相对值，当这一组中任何一锭的条干CV%值相对于该组条干平均值超过设定上限或低于设定下限时，这一锭便产生质量报警。这样就可以既保证络筒机上每个单锭条干值在绝对值上保持在一定范围内，又可以保证每一工作组中各单锭之间条干数值保持相对稳定。
（b）特定纱疵的报警设定：按照纱疵分级图中23级纱疵的定义，选取其中1至5个级别的纱疵，设定其在一定长度范围中允许出现的次数，例如设定B3级、D2级纱疵在十万米中最多分别允许达到8个和3个，当管纱中选定纱疵超过设定次数时便产生质量报警。
（c）常发性纱疵的报警设定：按照选定的常发性纱疵界定等级，设定其在一定长度范围中棉结、粗节、细节允许出现的次数。通常棉结、粗节、细节选定的范围分别为+200%、+50%、-50%。当管纱中常发性纱疵任意一种超过设定次数时便产生报警。
当UQC清纱器发生质量报警后，可以选择三种清纱动作类型：即不动作（NONE））、清纱器清除（CUT）和锁定锭位并报警（BLOCK）。由于在线检测的质量数据和离线检测的质量数据总是存在着一定的系统差异，因此在上述各种质量报警作数值设定时，需要以在线检测的质量数据为基准，在读取在线检测数据并经过统计分析后，逐步由粗到细合理设定。不同的产品、同一产品在不同时期不同的生产条件下，质量指标是不相同的，所以质量报警的合理设定是一项长期细致的工作。当上述质量报警极限值设定为零时，即表示该项检测功能不起作用。
（3） UQC电子清纱器对检测器的特殊监测
络筒机的高效生产要求清纱器能与络筒机进行很好的配合，UQC特殊监测功能就是为了保证其配合的密切性而设置的。其特殊监测功能如下:
（a）零点监测（ZPM）：在络筒机捻接期间保证测量头零点重新调整。
（b） 切刀检测（CMT）：保证清纱器剪切时切疵成功。如果在切刀切割后检测槽中仍有纱线运行，将发出报警。
（c）纱线跳动检测（JPM）：由于某种原因造成络纱张力突然波动，造成纱线短时间内离开检测槽时，产生一次切割动作。
（d） 纱线跳动报警（JPA）：如果纱线短时间内跳离检测槽，在切刀切割后络筒锭位停止工作，发出报警。
（e） 槽筒信号监测（DSM）：如果启动络筒锭位后检测头未接收到槽筒信号，就发出技术报警，提醒检查槽筒传感器。
（f）槽筒缠绕监测（DWM）：避免纱线缠绕槽筒而产生一次切割。
（g） 槽筒缠绕报警（DWA）：纱线缠绕槽筒后切断纱线，同时发出报警，阻止槽筒继续工作。
UQC电子清纱器的上述特殊监测功能使得清纱器与络筒机之间的配合更加密切，功能发挥的更加充分，有利于络筒机的高产高效，确保产品质量的可靠和络筒机运转的正常。
2．2.2 络筒机的生产监控系统。
Orion自动络筒机的生产监控系统是一套完整的计算机信息管理系统，它具有三方面的功能：设定络筒机的工作参数、输出产品的生产数据、查看工艺报警的原因。它既可以对纱线质量、筒纱质量进行监控，对偏离质量标准的有关数据进行报警，又能对络筒机单锭的工作参数、捻结器和张力控制器等的工作参数进行设定和控制，还能够对落纱小车、吹吸风装置等实施监控，所有在线检测的数据可以用文字或图表显示，必要时可打印输出。
（1）络筒机质量控制的参数和设定
Orion自动络筒机质量控制参数主要包括：管纱最大切疵数、筒纱最大捻结数和络纱速度变化曲线的设定。管纱最大切疵数表示在管纱卷绕期间允许出现的切疵次数，当某一管纱达到该设定数值时，单锭在报警状态下停止工作，重新启动时将这一管纱换下。筒纱最大捻结数表示一只筒纱中允许出现的最大捻结次数，因为无论何种形式的捻结接头，在后道总会以另外一种形式的疵点出现，所以当筒纱中捻结数量达到该设定值时，单锭在报警状态下停止工作，由挡车工手动落下筒子，设定络纱长度后重新生头生产。合理设定和利用这两项参数，能够剔除个别疵点较多的管纱，控制筒纱中的接头个数，从而控制筒纱质量。络纱速度除了和生产效率相关外，直接影响到断头率和筒纱毛羽增长率。一只管纱的络纱速度变化曲线包括平均速度、加速度、最大速度变化率、卷绕减速开始位置、上端管纱下端管纱控制范围等。其中卷绕减速开始位置、上端管纱下端管纱控制范围都是指相对于整只管纱纱线重量或长度的百分比，当生产品种改变时，输入正确的产品号数和管纱重量，控制系统能按照设定的百分比自动计算出变速曲线，降低断头率和保持筒纱毛羽的一致性。
（2）络筒机生产控制的参数和设定
Orion自动络筒机生产控制参数主要包括：捻结循环的功能状态、络纱张力控制器的功能、防叠功能的工作性能以及辅助设施的配置等。捻结循环的功能状态是指一次捻结过程中速度变化、大小吸嘴引纱次数的设定和捻结器工作参数的配置。张力控制由闭环式控制系统调节盘片式张力器完成，张力传感器瞬时检测纱线退绕过程中动态张力的变化值并将传感器中弹性元件位移变化转化成电信号，由计算机处理后将需要调整的信号传给张力器，控制张力器的电磁加压量对络纱张力进行补偿。张力控制参数包括张力盘压力、张力上下限百分比、启动和捻结循环时的张力增值，当在线检测的络纱张力超过设定上限或低于下限时，闭环式控制系统自动增加或减小张力盘压力从而使得络纱张力趋于稳定。络纱单锭在启动和捻结循环后达到正常生产速度之前，由于此时的速度较低，络纱张力会有所降低，设置此时的张力增加值能够减小筒子的张力差异，防止后道加工中的筒子脱圈现象。
防叠功能由电脑控制槽筒和筒纱之间的传动比实现，主要控制参数有：筒纱直径参数（表示纱线卷绕长度和筒子直径之间关系的代表性指数）、增速百分比、增速减速总时间及时间分配等，所有参数都可在控制面板输入，当生产品种改变时，筒纱直径参数由公式： C=23000＊10/公制支数计算，在相应的菜单输入。合理的参数设定能够确保筒纱成型良好。
Savio Orion自动络筒机的监控系统是在线检测技术在现代纺纱工程中应用的较好范例，集中表现在监控内容的扩展和监控质量的深入。在控制内容中将防叠、张力、捻结、电清、回丝处理等集中由计算机处理，实现单锭控制。在监控深度上体现了以产品质量为中心的理念，从管纱正常卷绕深入到断头和换管后启动，从络纱张力的集中设定深入到生产过程中的张力自动调节，从电清清纱曲线的合理设定深入到特定纱疵的限制，实现了络筒机的高速高效和筒纱质量的提高。
3. 结语
（1）在线检测技术在现代纺纱工程中起着越来越重要的作用，电子技术和计算机应用技术的快速发展推动了纺纱工程中在线检测技术应用的深度和广度，深入研究和大力推广在线检测技术，对于改进和完善纺纱生产传统质量控制方法的不足，稳定和提高棉纺产品质量，增强我国纺织产品的国际竞争力，意义深远。
（2）在进口关键设备中，在线检测系统和自动控制系统在设备投资中所占比重越来越大，消化吸收其技术，充分发挥其作用，才能使有限的投资发挥出最大的效益。同时必须加大在线检测技术开发研制的投入力度，发展适合中国国情的控制软件和传感器技术，加快国产纺机产品中在线检测技术的应用。
（3） 纺织企业要加强设备维修队伍的技术培训工作，特别是机电一体化和计算机技术的应用，适应新型纺织设备的维护需要，保证新型设备软件和硬件功能的正常发挥。
纺织企业要重视各种在线检测系统的数据应用和数据维护分析，在质量控制过程中把离线检测和在线检测的质量数据相结合，充分发挥各自特点，通过在线检测和离线检测质量控制方法的综合运用，实现对产品质量的有效控制。
