DE2948510A1 - Vorrichtung zum messen einer querdimension eines fadenartigen gebildes - Google Patents

Description

GEBRUEDER LOEPFE AG, WETZIKON (SCHWEIZ)

Vorrichtung zum Messen einer Querdimeneion eines fadenartigen Gebildes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer Querdimension eines fadenartigen Gebildes, insbesondere eines an einer Textilmaschine laufenden Garns. Eine solche Messvorrichtung hat unter anderem Bedeutung für die Erfassung und Beseitigung von Garnfehlern mit Hilfe elektronischer Garnreiniger.

Vorrichtungen zur Aufnahme verschiedener veränderlicher Vorgänge mit Hilfe linearer oder zweidimensionaler Arrays von optoelektrischen Sensoren sind bekannt. So ist in der DE-PS 1 216 589 eine Anordnung zum maschinellen Erkennen von Zeichen beschrieben, die sich mit konstanter Geschwindigkeit an einer Abtastzone vorbeibewegen, wobei der in dieser Abtastzone auftretende Informationsinhalt einer Speichermatrix zugeführt wird. Die Abtastung der Zeichen erfolgt dabei durch eine Doppelreihe von Photosensoren, wobei die Sensoren der einen Reihe auf Lücke zu denen der anderen Reihe stehen, um eine lückenlose Abtastung der Zeichen zu gewährleisten. Die Verarbeitung der von den Sensoren bei einem Abtasttakt gelieferten binären Signale erfolgt in paralleler Form. Jedes Zeichen wird in der Leserichtung in fünf aufeinanderfolgenden Abtasttakten gelesen, wobei die in jedem Takt gewonnenen binären Signale in jeweils einer von fünf Speicherreihen abgespeichert werden, Jede Speicherreihe umfasst eine Anzahl von Speichergliedern, die grosser ist als die Zahl der Sensoren.

Diese Art der Abtastung hat bisher noch keinen Eingang in die Technik der Messung laufender Garne, Fäden, Vorgespinste usw. in der Textiltechnik gefunden, obwohl sie hier gewisse Vorteile bietet.

So bereitet bei den konventionellen optoelektrischen Messvorrichtungen, die z.B. in optoelektronischen Garnreinigern eingesetzt werden, die laufende Erfassung der Querdimension des Garns erhebliche Schwierigkeiten dadurch, dass die vom Sensor gelieferten Messsignale stets das bei leerem Messfeld vorhandene Grundsignal überlagert mit dem relativ kleinen Garnsignal enthalten, das die Querdimension repräsentiert. Alle Aenderungen des Grundsignals infolge Alterung der Bauelemente und insbesondere Verschmutzung der Optik gehen also auch in das Garnsignal ein. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, im Betrieb, insbesondere bei der Garnreinigung in der Spulerei, diese unerwünschten Aenderungen dauernd zu kompensieren oder zu eliminieren. Insbesondere schafft eine ungleichmässige Verschmutzung der Optik ein Problem, das bisher überhaupt noch nicht bearbeitet, geschweige denn gelöst worden ist.

Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung auf der Grundlage einer digitalen Abtastung des Garns zu schaffen, bei der - insbesondere bei ungleichmässiger Verschmutzung des Messfelds - das Grundsignal und damit auch dessen die Messung fälschenden Aenderungen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Messvorrichtung mit den im Hauptanspruch definierten Merkmalen gelöst.

Als Querdimension des Garns soll im vorliegenden Zusammenhang der Durchmesser, die Querschnittflache und allgemein die beim Abtastvorgang erfasste Messgrösse verstanden werden.

Beim normalen Betrieb einer Textilmaschine, insbesondere einer automatischen Garnspulmaschine, treten z.B. während des Wechsels der Ablaufspule oder nach Trennschnitten zur Beseitigung von Garnfehlern stets Stillstände ein, in denen sich kein Garn im Messfeld befindet. Diese Zeitintervalle werden durch die erfindungsgemässe Messvorrichtung ohne Störung des normalen Betriebs zur Aufnahme und Speicherung des Grundsignals bei leerem Messfeld genutzt. Nach dem

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Anlaufen der Spulvorrichtung wird laufend das Grundsignal mit dem überlagerten Garnsignal gemessen, und aus diesem kombinierten Messsignal wird durch Subtraktion des gespeicherten Grundsignals das bereinigte Garnsignal erhalten.

Im folgenden speziellen Teil der Beschreibung wird die parallele Verarbeitung der von einem Array von Photosensoren gelieferten digitalen Signale erläutert. Der Ausdruck "binär" bezieht sich dabei auf die von einem einzelnen Sensor gelieferten Signale, der Ausdruck "digital" auf ein die Gesamtheit der binären Signale repräsentierendes Signal.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel der Vorrichtung im Blockschaltbild einschliesslich zweier Varianten einer Umschaltvorrichtung, und

Fig. 2 ein Signalschema zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine an ein Array 1 von η Photosensoren 1-1 bis 1-n angeschlossene Messvorrichtung, die aus η Signaleinheiten El bis En und einer Ausgangsstufe 7 besteht. Sie liefert ein analoges Ausgangssignal DS, welches den Momentanwert der Querdimension, in diesem Fall der Dicke, eines laufenden Garns repräsentiert. An den Ausgang der Messvorrichtung kann entweder ein Anzeigeinstrument, z.B. ein Registriergerät, oder der Auswertekreis eines elektronischen Garnreinigers angeschlossen sein, der in konventioneller Weise aufgebaut sein kann. Die das Garn und die Photosensoren beleuchtende Lichtquelle ist nicht abgebildet» es wird jedoch parallel gerichtetes Licht für die Abtastung des Garns vorausgesetzt. Unmittelbar vor (in Fig. 1 links von) dem Array I befindet sich das Messfeld, welches das abzutastende Garn aufnimmt.

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Das Array 1 enthält η Sensoren, wie Photodioden 1-1 bis 1-n, und ist quer zur Bahn des laufenden Garns (nicht dargestellt) angeordnet. An jeden Sensor ist eine der η Signaleinheiten El bis En angeschlossen. Der Ausgang einer jeden Signaleinheit El bis En ist mit einem der η Eingänge der als Summierer ausgebildeten Ausgangsstufe 7 verbunden, die das analoge Dickensignal DS liefert.

In jeder Signaleinheit El bis En ist einer von η Schaltkontakten 3-1 bis 3-n einer Umschaltvorrichtung Ul angeordnet. In der gezeichneten Grundstellung verbindet jeder Schaltkontakt 3-1 bis 3-n den zugehörigen Sensor 1-1 bis 1-n mit einer Serienschaltung, die jeweils aus einem Speicherglied 4-1 bis 4-n und einem UND-Glied 6-1 bis 6-n mit einem ersten und einem zweiten, negierten Eingang besteht. In dieser Schalterstellung wird das bei leerem Messfeld bestehende Grundsignal GS (Fig. 2) gemessen und gespeichert. Wenn die Schaltkontakte 3-1 bis 3-n in ihre andere Stellung umgelegt sind, wird bei laufendem Garn das Dickensignal DS, Fig. 2, durch Differenzbildung mit dem Grundsignal erzeugt. Die Speicherglieder 4-1 bis 4-n bilden zusammen eine Speichervorrichtung 4, die UND-Glieder 6-1 bis 6-n eine differenzbildende logische Schaltung 6.

Als Eingangsstufe ist in jeder der Signaleinheiten El bis En ein Schwellwertglied oder Begrenzer 2-1 bis 2-n vorgesehen, der nur Signale oberhalb einer bestimmten Mindestgrösse passieren lässt. Diese Begrenzer 2-1 bis 2-n können auch mit den Sensoren 1-1 bis 1-n integriert sein. Dadurch werden die von den Sensoren 1-1 bis 1-n gelieferten Signale in zwei Gruppen zerlegt, wobei die eine Gruppe den Zustand "dunkel", die andere Gruppe den Zustand "hell" darstellt. Diese binären Signale werden bei Messung des Grundsignals GS den S-Eingängen der Speicherglieder 4-1 bis 4-n, insbesondere RS-Flipflops, der Speichervorrichtung 4 zugeführt und gespeichert. Der Q-Ausgang eines jeden RS-Flipflops 4-1 bis 4-n ist mit dem ersten Eingang des zugehörigen UND-Glieds 6-1 bis 6-n verbunden.

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Die Messkanäle 5-1 bis 5-n führen in der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung der Schalter 3-1 bis 3-n je ein binäres Signal MS-I bis MS-n vom Wert L oder NULL. Wenn nun ein Sensor, z.B. 1-1, beleuchtet ist, erzeugt er ein Signal GS-I vom Wert H oder EINS am Ausgang des zugehörigen Speicherglieds 4-1. Das binäre Ausgangssignal DS-I des UND-Glieds 6-1 wird dann H oder EINS, da das L-Signal am negierten Eingang in ein Signal EINS invertiert wird. Ist der Sensor 1-1 nicht beleuchtet, dann hat sowohl das binäre Signal GS-I als auch das binäre Signal DS-I den Wert L oder NULL. Es versteht sich von selbst, dass vor Beginn einer jeden neuen Messung des Grundsignals die Speicher 4-1 bis 4-n über deren R-Eingänge zurückgestellt werden müssen. Die Rückstellung erfolgt vorzugsweise selbsttätig mit Hilfe eines von der Maschine betätigten, nicht dargestellten Schalters.

Die gespeicherten binären Signale GS-I bis GS-n, deren Gesamtheit das digitale Grundsignal bildet, bleiben auch nach dem Umschalten der Kontakte 3-1 bis 3-n in der Speichervorrichtung 4 gespeichert. Nach dem Umschalten sind die Sensoren 1-1 bis 1-n über die Begrenzer 2-1 bis 2-n und die Messkanäle 5-1 bis 5-n mit den zweiten, negierten Eingängen der UND-Glieder 6-1 bis 6-n verbunden, an denen dann die binären Messsignale MS-I bis MS-n anliegen.

Die Umschaltvorrichtung Ul besteht im wesentlichen aus einer Serienschaltung eines zweiten Summierers 8, eines Schalters 9, eines Hochpasses 10, eines Gleichrichters 11, eines Verstärkers 12 und eines Relais 13 mit den bereits genannten Schaltkontakten 3-1 bis 3-n. Die η Eingänge des zweiten Summierers 8 sind an die Begrenzer 2-1 bis 2-n angeschlossen. Solange das Messfeld leer ist oder das Garn im Messfeld stillsteht, liegt an den Eingängen und am Ausgang des zweiten Summierers 8 eine konstante Gleichspannung, die den Hochpass 10 nicht passieren kann. Das Relais 13 wird deshalb nicht betätigt, und die Schaltkontakte 3-1 bis 3-n nehmen die in Fig. 1 ge-

zeichnete Stellung ein. Läuft jedoch die Maschine, z.B. Spulstelle, mit eingelegtem Garn an, dann sind infolge der statistischen Schwankungen des Durchmessers des laufenden Garns die Sensorsignale ebenfalls statistischen Schwankungen unterworfen. Am Ausgang des zweiten Summierers 8 entsteht jetzt ein Summensignal, das neben einer Gleichspannungskomponente eine Wechselspannungskomponente enthält. Solange das Garn läuft, wird durch diese Wechselspannungskomponente nach Gleichrichtung und Verstärkung das Relais 13 betätigt und gehalten, und die Kontakte 3-1 bis 3-n verbleiben in der auf die Messkanäle 5-1 bis 5-n umgeschalteten Stellung, das ist die Messstellung.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 abgebildeten Messvorrichtung beschrieben. Es wird dabei der für die Praxis besonders wichtige Fall angenommen, dass die randnahen Begrenzungsflächen des Messfelds beiderseits des Garns vor dem Array I teilweise verschmutzt sind, wie es bei Garnreinigern oft schon nach kurzem Betrieb der Fall ist. Der mittlere Teil des Messfelds, in dem das Garn läuft, soll jedoch durch die säubernde Wirkung des laufenden Garns im wesentlichen frei von Verschmutzung sein) dies lässt sich durch richtige Konstruktion des optischen Tastkopfs erreichen.

Die Signalbildung sei nun anhand der Fig. 2 näher erläutert. Diese zeigt die Lichtverteilung in Richtung quer zur Fadenbahn in digitaler Darstellung, wobei die NULL-Linie einer jeden Kurve dem Zustand "dunkel" und die EINS-Linie dem Zustand "hell" entspricht. Die linke Begrenzung des Messfelds ist mit LR, die rechte Begrenzung mit RR bezeichnet, während M die Mitte des Messfelds markiert.

In der ersten Zeile ist bei GS die Lichtverteilung bei leerem Messfeld wiedergegeben, wobei in der Nähe des linken LR und rechten Rands RR durch starke Verschmutzung dunkle Felder vorhanden sind. Das dunkle Feld neben dem linken Rand LR ist dabei noch durch eine helle Stelle bei H unterbrochen. Um die Mitte M des Messfelds herum

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liegt ein Hellfeld; ein solches entsteht selbst bei starker Verschmutzung der Ränder dadurch, dass der laufende Faden die hier etwa auftretenden Schmutzpartikel mitnimmt, bzw. abwischt. Die zweite Zeile zeigt bei MS den Verlauf der Helligkeit bei eingelegtem Garn. Hier erkennt man in der Mitte M des Messfelds bei D eine breite Abdunkelung, die durch das Garn verursacht ist. In der dritten Zeile ist bei DS die Differenz der Signale GS und MS dargestellt. Man erkennt, dass hier in der Mitte des Messfelds ein den Garnquerschnitt repräsentierendes positives Signal auftritt.

Aus der Darstellung der Fig. 2 ist ersichtlich, dass durch die Differenzbildung ein reines Garnsignal entsteht, das heisst ein vom Grundsignal befreites Garnsignal, in welchem der Einfluss der ungleichmässigen Verschmutzung des Messfelds eliminiert ist.

Der Anschaulichkeit halber geht die vorstehende Beschreibung von den Helligkeitswerten aus, die sich den einzelnen Sensoren 1-1 bis 1-n des Arrays 1 darbieten. Die Gesamtheit dieser Helligkeitswerte ergibt die in Fig. 2 dargestellten Lichtverteilungen im Messraum quer zum Garn. Diese Lichtverteilungen werden für das Grundsignal GS und das Differenzsignal oder Garnsignal DS durch digitale Aus gangssignale der in Fig. 2 dargestellten Form repräsentiert.

Man kann die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Signalbildung bei stillstehender Maschine ausführen, wobei die Umschaltvorrichtung Ul beim Einlegen des Garns selbsttätig durch das hierbei ent stehende elektrische Sprungsignal anspricht. Es wird jedoch dann ein selbsthaltendes Relais 13 vorausgesetzt, da ja kein den Fadenlauf anzeigendes Signal vorhanden ist.

Fig. 1 zeigt noch eine weitere Umschaltvorrichtung U2, die alternativ anstelle der Umschaltvorrichtung Ul eingesetzt werden kann.

Die Umschaltvorrichtung U2 umfasst einen Schalter 14 und ein Relais 15, welches auf die Schaltkontakte 3-1 bis 3-n einwirkt. Der normalerweise offene Schalter 14 kann gleichzeitig mit dem Einlegen des Garns in das Messfeld von Hand oder automatisch durch die Spulmaschine geschlossen werden, wodurch die Sensoren 1-1 bis 1-n, wie bereits beschrieben, auf die Messkanäle 5-1 bis 5-n geschaltet werden.

Im laufenden Betrieb einer automatischen, mit einem elektronischen Garnreiniger versehenen Spulmaschine können auch die übrigen für die beschriebene Messvorrichtung erforderlichen Schaltvorgänge, wie die Rückstellung der Speicherglieder 4-1 bis 4-n, selbsttätig gesteuert werden. Insbesondere werden für die Messung des Grundsignals die im Betrieb zwangsweise auftretenden Stillstandszeiten beim Kopswechsel oder nach vom Garnreiniger ausgelösten Schnitten ausgenutzt,so dass die Messung den normalen Betrieb überhaupt nicht stört.

In Fig. 1 sind in den Umschaltvorrichtungen Ul und U2 Relais 13 bzw. 15 mit η Schaltkontakten 3-1 bis 3-n vorgesehen. Normalerweise wird die Messvorrichtung jedoch rein elektronisch aufgebaut, und an die Stelle der genannten Relais und Schaltkontakte treten elektronische Umschalter.

In der Messvorrichtung genäse Fig. 1 kann an die Stelle des ersten Summierers 7 ein n-1-stelliges duales Addierwerk treten, dessen η Eingänge an die UND-Glieder 6-1 bis 6-n angeschlossen sind und welches Ausgangssignale oder Differenzsignale DS in digitaler Form liefert.

Die Umschaltvorrichtungen Ul bzw. U2 sind kein notwendiger Bestandteil der erfindungsgemüssen Messvorrichtung, wenn diese entsprechend modifiziert wird. So können als Speichergleider anstelle der RS-Flipfiops 4-1 bis 4-n D-Kippglieder mit einem D-Eingang und

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einem C-Eingang vorgesehen sein. Bei einem solchen D-Kippglied wird der zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandene binäre Wert am D-Eingang gespeichert, wenn zu diesem Zeitpunkt das binäre Signal am C-Eingang den Wert EINS annimmt. Somit können durch einen gemeinsamen EINS-Impuls am C-Eingang alle D-Kippglieder auf das von den Begrenzern 2-1 bis 2-n gelieferte Grundsignal gesetzt werden.

Dadurch wird es möglich, den Ausgang eines jeden Schwellwertglieds 2-1 bis 2-n gleichzeitig mit dem D-Eingang des zugehörigen D-Kippglieds und mit dem zugehörigen Messkanal 5-1 bis 5-n fest zu verbinden. Die in den D-Kippgliedern gespeicherten binären NULL- oder EINS-Signale bleiben solange erhalten, bis das D-Kippglied durch
einen erneuten C-Impuls gesetzt wird.

Die erfindungsgemässe Messvorrichtung kann auch zur Bestimmung des Durchmessers von Drähten, Kabeln, der Breite und Dicke von Bändern und anderen endlosen Gebilden eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche

   j Vorrichtung zum Messen einer Querdimension eines fadenartigen Gebildes, insbesondere eines an einer Textilmaschine laufenden Garns, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   -ein sich quer zur Laufrichtung des Garns erstreckendes Array (I) lichtempfindlicher Sensoren (1-1 bis 1-n) zur Erzeugung binärer Signale;

   -eine an die Sensoren (1-1 bis 1-n) anschliessbare Speichervorrichtung (4), die eine mindestens der Zahl (n) der Sensoren (1-1 bis 1-n) entsprechende Anzahl von Speicherplätzen (4-1 bis 4-n) umfasst und die bei Abwesenheit von Garn von den Sensoren (1-1 bis 1-n) erzeugten binären Signale (GS-I bis GS-n) speichert» und

   eine differenzbildende logische Schaltung (6,6-1 bis 6-n), die aus den von der Speichervorrichtung (4) und den von den Sensoren (1-1 bis 1-n) bei Anwesenheit von Garn erzeugten binären Signalen (MS-I bis MS-n) ein die momentane Querdimension repräsentierendes digitales Differenzsignal (DS-I bis DS-n) bildet.
2. 2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die logische Schaltung (6,6-1 bis 6-n) angeschlossene Endstufe (7) zum Zusammenfassen der binären Ausgangssignale (DS-I bis DS-n) der logischen Schaltung (6,6-1 bis 6-n).
3. 3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (4) zur parallelen Speicherung der von den Sensoren (1-1 bis 1-n) bei Abwesenheit von Garn.gelieferten binären Signale (MS-I bis MS-n) ausgebildet ist.
4. 4. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (7) als Summierer ausgebildet ist und ein analoges Ausgangssignal (DS) liefert.
5. 5. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (7) als Addierwerk ausgebildet ist und ein Ausgangsaignal (DS) in digitaler Form liefert.
6. 6. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltvorrichtung (Ul,U2) zum wahlweisen Verbinden der Sensoren (1-1 bis 1-n) mit der Speichervorrichtung (4) oder mit der differenzbildenden logischen Schaltung (6,6-1 bis 6-n) vorgesehen ist.

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