一种与线消耗设备一起使用的用于在线处理线的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种与线消耗设备一起使用的用于在线(in-line)处理线(thread)的系统、方法和设备。
背景技术
现有的在线处理设备可用于涂覆穿过其中的线。
然而，控制所述涂覆过程的改进方法将会是有利的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于控制所述涂覆过程的改进系统。
根据第一方面，提供一种与线消耗设备一起使用的用于在线处理线的系统。该系统包括：处理单元，其具有相对于所述线布置在不同位置处的多个喷嘴，所述线在使用中运动。每个喷嘴被配置成在被启用时将一种或多种涂层物质分配到所述线上；并且所述系统还包括：控制单元，其被配置成当所述线沿其纵向轴线扭转时，启用所述喷嘴中的至少两个以在所述线的不同周向位置处分配所述涂层物质。
在一个实施例中，所述控制单元被配置成：计算在待启用喷嘴之间的所需纵向距离以允许将所述涂层物质分配到所述线(20)的特定独特圆周位置上，以及基于所述喷嘴之间的已知纵向距离和所述所需纵向距离，识别所述处理单元的待启用喷嘴。
所述控制单元可以被配置成设定待启用喷嘴之间的纵向距离，其中，所述纵向距离通过下述方式设定：纵向移动所述喷嘴中的至少一个，使得所述至少一个喷嘴能够将所述涂层物质分配在所述线的期望的独特圆周位置上。
在一个实施例中，所述控制单元被配置成设定在第一位置与第二位置之间的纵向距离，来自第一喷嘴的分配液滴假定为在所述第一位置处击中所述线，来自第二喷嘴的后续分配液滴假定为在所述第二位置处击中所述线，并且其中，所述系统还包括用于根据所述纵向距离改变分配的液滴的行进路径的装置。
所述控制单元可以被配置成基于所述线的扭转来计算所述纵向距离。
所述控制单元在一些实施例中被配置成设定所述喷嘴的启用定时，使得每个喷嘴能够将所述涂层物质分配在所述线的独特圆周位置上。
所述喷嘴可以布置在一共同平面中。
所述控制单元可以被配置成基于所述线的速度(υ[m/s])设定所述至少两个喷嘴的启用定时。所述控制单元可以被配置成：基于所述线的向前进给速度(υ[m/s])并结合所述线的扭转，或基于设定的所述喷嘴的启用时间，来设定所述纵向距离。
在一个实施例中，所述控制单元还被配置成：按照下式基于所述线的每长度单位的扭转(ω[rad/m])，来设定所述纵向距离：
20π/ω≥d2,d3,d4>0。
所述待启用的至少两个喷嘴可以设置在一共同喷嘴阵列上。所述喷嘴可以是喷墨喷嘴，并且所述涂层物质可以是着色物质。
在一个实施例中，所述处理单元包括多个喷嘴阵列，并且特定喷嘴阵列可以被分配有特定涂层物质。
一个或多个喷嘴阵列可以布置在一共同喷嘴头中。
所述控制单元还可以被配置成基于所述线的润湿水平来设定所述纵向距离。
所述控制单元还可以被配置成基于预设的涂覆效果来设定所述纵向距离。
所述预设的涂覆效果可选自包括下述项的组：均质着色图案、仅单侧着色图案、随机着色图案、或螺旋着色图案。
根据第二方面，提供一种线消耗设备。该设备包括线消耗单元和根据所述第一方面的系统。
所述线消耗单元可以是刺绣单元、缝纫单元、针织(knitting)单元、或编织(weaving)单元。
根据第三方面，提供一种用于在线处理线的方法。该方法包括：提供一种处理单元，其具有布置在沿所述线的不同纵向位置处的多个喷嘴，每个喷嘴被配置成在被启用时将涂层物质分配到所述线上；以及提供一种控制单元，其配置成当所述线沿其纵向轴线扭转时，启用所述喷嘴中的至少两个以在所述线的不同周向位置处分配所述涂层物质。
附图说明
在以下对本发明的描述中，将描述本发明的实施例；参考附图，附图示出如何将本发明构思简化为实践的非限制性示例。
图1示出根据一个实施例的线消耗设备的示意图；
图2示出根据一个实施例的系统的示意图。
图3示出根据替代实施例的系统的正视图。
图4示出根据一个实施例的处理单元；
图5示出根据一个实施例的处理单元；
图6示出根据一个实施例的处理单元；以及
图7示出根据一个实施例的处理单元。
具体实施方式
本发明的构思是提供一种系统、设备和方法，其与线消耗设备相关联地使用，用于以受控方式将涂层物质分布到线上。所述线消耗设备可以是刺绣机、织机、缝纫机或针织机，或任何其它线消耗设备，其可以受益于表面处理或涂覆或涉及使线经受液体物质处理(例如染色)的任何其它过程。更特别地，一个目的是允许在线周围的限定的圆周位置处精确地分配到所述线上，其有利是因为这种精确分配将允许涂层物质在所述线上的非常准确的定位。例如，这将可以在线上获得特定的着色图案。
一种与线消耗设备100一起使用、用于在线处理线20的系统10在图1中示意地示出，该线消耗设备100包括线消耗单元90(比如刺绣机)。术语“线”在此上下文中应该是广义地解释为包括任何细长基质；在本文中，金属丝线(wire)和细丝(filament)是所有线的示例。线20由线供给装置21进给，穿过系统10以进行线20的在线处理，并被进给到线消耗单元90。
现在转到图2，系统10包括处理单元30，该处理单元30具有布置在沿线20的不同纵向位置处的多个喷嘴40a-g，而线20在使用过程中经过所述处理单元30。使用中的线的运动方向由图2中的实线箭头指示。每个喷嘴40a-g布置成在喷嘴被启用时将涂层物质(比如墨)分配到线20上。系统10还包括控制单元50，该控制单元50布置成：当线20围绕其纵向轴线扭转时，启用喷嘴40a-g中的至少两个以分配涂层物质，使得涂层物质在线20的不同周向位置处被线20吸收。可以选择两个相邻分配的涂层物质液滴的相对位置，使得液滴重叠。线20的扭转由图2中的弯曲虚线箭头示出。
对于着色操作，控制单元50接收指定所需颜色和/或着色效果的一个或多个输入信号。颜色输入优选包括关于确切颜色的信息、以及针对该特定颜色的线20的纵向起始和停止位置。如果确定了线的速度，则纵向起始和停止位置可以由特定时间表示。
着色效果输入优选包括图案信息，例如，是否期望均匀着色。通常，均质着色(homogenous colouring)将需要在线的紧密纵向范围内的不同圆周位置上涂覆。另一方面，单侧着色效果(one-sided colouring effect)仅需要在单一圆周位置上涂覆。
基于线20每长度单位具有一定扭转的了解，当线20经过处理单元30时，可以在线20的不同周向位置处精确地分配涂层物质。通过将每长度单位的扭转乘以线20的速度，可以获得扭转率，即每秒的扭转角。例如，如果每长度单位扭转为360°/cm并且线20的速度为2cm/s，则所得扭转率为720°/s，即每秒两次360°周转(revolution)。该扭转率可以用于计算每个喷嘴40a-g所需的启用定时，使得每个喷嘴40a-g能够分配涂层物质，使得涂层物质将在线20的独特圆周位置上击中线20。
应当理解，线20的扭转涉及当线沿纵向方向移动时观察者看到的线20的旋转。可选地，线可以具有原生扭转(native twist)，例如由多条细丝线的螺旋外型形成。当螺旋布置的股线(strands)通过固定纵向位置时，看起来好像线相对于该固定纵向位置旋转。在另一个实施例中，如果线仅包括一条细丝或沿其纵向延伸平行布置的多条细丝，则可以通过迫使线的两个端部之间的相对旋转来引起扭转，例如通过相对于线的一端旋转线的另一端，从而得到在处理单元30处线的扭转。
附加地或替代地，也可以例如通过在线穿过处理单元30时使用与线接合的构件，实现线的扭转。当该接合构件被设置在移动的下游方向时，扭转实现在该接合构件的上游。这种扭转可以被称为伪扭转(false twist)，因为线趋向于返回其在接合构件下游的初始扭转状态。
对于实施本发明而言，为线20提供扭转的方式不太重要。相反，重要的因素是：线20的扭转，特别是线20在经过处理单元30时的扭转，是已知的，以便能够控制所述处理单元30的喷嘴40a-g的启用，例如以便在使用中在线20的独特圆周位置处可控制地分配涂层物质。扭转可以是塑性的，即扭转或多或少是恒定的，或者可以是弹性的，即在线20穿过处理单元30时扭转改变。
此外，启用定时还对基于多个喷嘴40a-g中的每个喷嘴之间的纵向距离d1的了解。例如，通过知道各个喷嘴40a-g之间的纵向距离d1，可以在相同的纵向位置处和在两个选定的圆周位置处(例如0°和180°)将涂层物质分配到线20上。例如，如果在第一和第二喷嘴40a-g之间的纵向距离是5mm，给定上述示例，则对于线20的特定位置从第一喷嘴40a-g移动到第二喷嘴40a-g需要0.25秒(5mm/(2cm/s))。在0.25秒内，线20扭转180°(720°/s*0.25s)。因此，在这种情况下，可以计算启用定时，使得第一喷嘴在零时刻被启用，并且第二喷嘴在零时刻之后0.25秒被启用。
控制单元50具有处理能力并且可以包括具有存储器的处理器。控制单元50可以接收与扭转水平(level)所关联的扭转水平参数相关的输入，例如在使用中线20的每长度单位的扭转角度、和与穿过处理单元30的线20的速度相关联的速度水平参数。所述输入可以经由另一设备(例如传感器、图形用户界面(未示出))接收。或者，所述输入可以被硬编码到控制单元50中。
控制单元50还可以被布置成发送控制信号到处理单元30。由控制单元发送到处理单元30的控制信号可以是：根据基于所接收的扭转水平参数和速度水平参数而选择的分配定时方案来启用处理单元30的喷嘴40a-g的启用信号。因此，控制单元50可以被布置成处理扭转水平参数和速度水平参数并确定分配定时方案。
或者，发送到处理单元30的控制信号可以包括与扭转水平参数和速度水平参数有关的信息。处理单元30接收来自控制单元50的控制信号，并根据基于所接收的扭转水平参数和速度水平参数而选择的分配定时方案，经由喷嘴40a-g中的两个或更多个将涂层物质分配到线20。
尽管图2中示出七个喷嘴40a-g，但是处理单元30仅需要包括至少两个喷嘴，例如喷嘴40a和40b。然而，例如典型的喷墨头，其为用于实现本发明的合适部件，包括数百甚至数千个喷嘴。也可使用其它分配技术。
图3示出图2中的系统10的变型。在图3的系统10中，喷嘴40a’,40a”,40a”’'布置在围绕线20的不同径向位置处。喷嘴40a’,40a”,40a”’可以布置在特定的纵向位置处，或者它们可以沿纵向方向分布。图2是系统10的正视图，而图3是系统10的侧视图，并且当线20移动经过系统10时发生的线20的扭转由半圆形虚线箭头示出。线20假定为沿着设置在线20中心的箭头符号的方向移动。图3中的系统10还具有处理单元30和控制单元50，它们按以上关于图1和图2所描述的相同方式运作。然而，图3中所示的处理单元30和控制单元50被配置成允许同时启用喷嘴40a’,40a”,40a”’。
多个喷嘴40a-g可以布置在静态喷嘴阵列70中，例如图4中进一步示出的。这里，喷嘴40-g和其它喷嘴(未示出)的位置被固定在处理单元30上。喷嘴40a-g按固定距离d1纵向分开。重新使用上述示例，如果打算将涂层物质分配到线上在其0°和180°的相同纵向位置处，则可以通过以下公式计算所需的纵向距离d2：
(180°)/(每长度单位扭转)，其中根据以上示例每长度单位扭转为(360°/cm)。因此，为实现所需分配的所需纵向距离d2为0.5cm。应当理解，两个相邻喷嘴40a-g之间的固定距离d1可以非常小，例如低于0.05mm。控制单元50可以被布置成基于计算出的所需纵向距离d2来识别哪个喷嘴40a-g被启用。例如，当固定距离d1为1mm并且所需纵向距离d2为0.5cm(即5mm)时，第一喷嘴和第六喷嘴可以被识别用于启用，因为第六喷嘴位于距第一喷嘴5mm处。图4示出这一情形，其中示出了第一喷嘴40a和第六喷嘴40f。
因此，控制单元50可以启用喷嘴40a-g以在线20的独特圆周位置上分配涂层物质。所需的纵向距离d2可仍由控制单元50计算以识别合适的喷嘴对，其中，所述喷嘴对中的第二喷嘴位于或尽可能接近于测得与该喷嘴对中的第一喷嘴相距为所需纵向距离d2处。可以使用启用信号并基于上面讨论的扭转水平参数和/或基于期望的结果来启用任何所需的喷嘴40a-g。
以上示例说明了在两个特定圆周位置处(可选地在线20的相同纵向位置处)进行分配的可能性。然而，通常可能不需要在线20的相同纵向位置处从不同圆周位置分配涂层物质。相反，在一些实施例中，更优选沿着线20以规则的纵向间隔、但从不同的圆周位置分配涂层物质。然而，对于要求高饱和度的颜色，可能期望在相同的纵向位置处分配若干液滴。
通过能够在线20的不同圆周位置处可控地分配涂层物质，从而可以为线20提供新颖的涂层特征，例如纯色、渐变、阴影、模拟反射、螺旋着色图案等。
喷嘴阵列的长度可以优选地至少与线20围绕其自身旋转一个180°周转所需的距离一样长，并且更优选地至少与线20围绕其自身旋转360°周转所需的距离一样长。
然而，应注意，在一些实施例中，允许线20在喷嘴阵列70的纵向端部之间(即在阵列70的第一和最后一个喷嘴之间)旋转多于一周转可能是有利的。这在处理单元30中布置有两个以上喷嘴40a-g时会是特别有利的。通过提供引发的扭转水平以使线20在第一喷嘴40a与最后一个喷嘴40g之间旋转若干周，从而可以通过启用布置在第一和最后一个喷嘴之间的合适喷嘴来实现均匀覆盖线20的外表面的均匀涂覆。当然也可以使用其它着色效果。由于在确定分配方案时考虑了线20的扭转，因此可以以非常准确的方式控制所得的涂覆(或着色)效果。这是缘于当线20在某一点扭转时每个圆周位置将与喷嘴40a-g对齐的这一事实。
因此，较高的扭转率导致线20每长度单元更多的扭转，从而允许涂层物质围绕线20的外表面更均匀更好地覆盖，因为待启用喷嘴可以根据更多的控制方案而加以选择或控制。此外，还可以减小喷嘴阵列70的整个长度，从而允许系统10的更紧凑的设计。
线20如何围绕其圆周被涂覆将取决于液滴尺寸。小的液滴尺寸将导致较少的涂层覆盖，这意味着可能需要在线20的相同纵向位置上分配增加数量的液滴，以便获得围绕线20的圆周的完全覆盖。
在一个实施例中，控制单元被配置成：根据下式、基于线(20)的每长度单位扭转ω[rad/m]来设定在至少两个启用的喷嘴40a-g之间的纵向距离d2，
20π/ω≥d2>0。
这意味着计算出的所需纵向距离d2被设定为允许线在两个关联喷嘴之间扭转达10周。
在一些实施例中，控制单元50还被配置成基于线的润湿水平来设定待启用喷嘴之间的纵向距离d2。
在替代实施例中，控制单元50还被配置成基于预设的着色效果来设定待启用喷嘴之间的纵向距离d2。所述预设的涂覆效果可选自包括下述项的组：均质着色图案、仅单侧着色图案、随机着色图案、或螺旋着色图案。
其它实施例
在另一个实施例中，处理单元30包括喷嘴40a-g，喷嘴40a-g可按可被增大或减小的纵向距离d3分开。这类实施例在图5中示出。现在考虑第一液滴分配自第一喷嘴40a并且后续液滴分配自第二喷嘴40g的情况。第二启用的喷嘴40g的纵向位置可以通过下述途径得以调节：相对于第一启用的喷嘴40a移动第二启用的喷嘴40g，或者，如图5所示，在第一喷嘴40a已被启用之后但在第二喷嘴40g启用之前移动整个喷嘴阵列70。
在另一个实施例中，例如通过施加电磁场，分配的液滴从而可以在它们击中线20之前被转移(diverted)。在这类实施例中，控制单元50被配置成设定在第一位置与第二位置之间的纵向距离d4，来自第一喷嘴40a的分配液滴假定为在所述第一位置处击中所述线20，来自第二喷嘴40e的后续分配液滴假定为在所述第二位置处击中所述线20，并且其中系统10还包括用于根据纵向距离d4改变分配的液滴的行进路径的装置60。这在图6中示出。
这使得可以依据期望的分配方案将喷嘴40a-g布置在沿线20的纵向延伸或纵向方向的不同位置处。这在针对某个期望的分配方案计算出的所需纵向距离d4与物理上可能的情形(例如与通过计算喷嘴40a-g之间的纵向距离d2,d3所获得的结果相比)不同时，是特别有利的。如果距离d2,d3与所需的纵向距离不同，则可以通过转移液滴使得所得的纵向距离d4与期望的纵向距离相匹配，来调节所得的分配方案。
对于利用喷嘴40a-g之间分离的上述实施例，喷嘴40a-g中的至少一个连接到下述一种装置：例如电机(未示出)，其能够沿线和/或围绕线或通过改变线扭转来调节在喷嘴之间的相对纵向距离d3。该电机可以接收来自控制单元50的输入。依据线20的扭转、结合其速度，可以根据相关联的分配方案调节喷嘴40a-g之间的相对位置。因此，由线20的扭转水平参数所指示的扭转水平越高，则所述至少两个喷嘴40a-g可以被定位成彼此越接近，即纵向距离d3可减小。类似地，由扭转水平参数所指示的较低水平的扭转被转换为喷嘴40a-g之间的较大相对距离，即纵向距离d3增大。因此，通过调节所述至少两个喷嘴40a-g之间的纵向距离d3，可以改善线20的涂覆质量，使得涂层物质以受控方式围绕线的外周边分配。
应注意，对于包括多于两个喷嘴40a-g的线处理单元30，电机可以连接到每个附加喷嘴，以便允许调节每个喷嘴之间的纵向距离，例如在喷嘴40c与喷嘴40d之间的纵向距离。由于线的扭转水平，以及结合所述至少两个喷嘴40a和40b之间的经调节的纵向距离d3，因此，完全覆盖线20的外表面区域(即外周边)是可能的。这使得处理单元30相比布置在线20周围的不同径向位置处的喷嘴复杂度小得多。
在一个实施例中，每个喷嘴分配具有根据CMYK颜色模型的颜色的涂层物质，其中原色是青色(Cyan)、品红色(Magenta)、黄色和黑色。因此，通过启用喷嘴使得总着色物质是喷嘴分配的着色物质的混合物，可以将很多种颜色分配到线上。在图7中示出一个实施例，其中喷嘴头80设有多个喷嘴阵列70a-d。每个喷嘴阵列70a-d可以例如是喷墨喷嘴阵列，其包括数千个喷嘴。作为示例，每个喷嘴阵列70a-d可以与单一颜色相关联，根据CMYK标准举例示出。然而，也可以使用其它着色模型。还可以将喷嘴阵列70a-d布置为在处理单元30内的各自单独的单元。
在另一个实施例中，每个喷嘴分配涂层物质，该涂层物质具有包括CMYK颜色模型的两种或更多种原色的混合的颜色。
在一个实施例中，每个喷嘴布置在喷嘴板(未示出)内，例如扁平喷嘴板，所述喷嘴板相对于线在纵向方向延伸。
从以上可以认识到，基于线的扭转水平，以及调节每个喷嘴之间的纵向距离的能力或基于该纵向距离识别任何要启用的喷嘴的能力，可以优化由所包括的喷嘴形成的分配图案，从而实现最佳可能和最期望的线涂覆质量。
尽管以上已经参考特定实施例描述了本发明，但是并不意图将本发明限于在此阐述的特定形式。而是，本发明仅受随附权利要求的限制。
在权利要求中，术语“包括(comprises)/包含(comprising)”不排除存在其它元件或步骤。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地组合；并且，包含在不同的权利要求中并不暗示特征的组合是不可行和/或不利的。另外，单数的引用不排除复数个。术语“一”、“一个”、“第一”、“第二”等不排除复数个。权利要求中的附图标记仅提供作为说明性示例，并且不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。
