DE3112812A1 - "fotoelektrische messeinrichtung fuer elektronische garnreiniger" - Google Patents

Description

• Fotoelektrische Messeinrichtung für elektronische
• Garnreiniger Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Messeinrichtung in einem elektronischen Garnreiniger, insbesondere auf eine mit diffusem Licht arbeitende Lichtschranke zur Messung von Abweichungen vom Nenndurchmesser eines durch den Messspalt bewegten Fadens.
• Die beim Spinnprozess entstehenden Defektstellen im Garn, dies sind in den meisten Fällen in ihrem Querschnitt über dem Nenndurchmesser liegende Dickstellen, werden üblicherweise am laufenden, also bewegten Faden gemessen und festgestellt. Diese Messung erfolgt berührungslos mit Hilfe von Licht, wobei die aus der Messung gewonnenen und in zeitlich ununterbrochener Folge anfallenden Signale auf Abweichungen vom Nenndurchmesser also auf Defektstellen untersucht werden. Defekt anzeigende Signale werden verwendet, um beispielsweise eine Schneidvorrichtung in Betrieb zu setzen, die den Faden in der Nähe solcher Defektstellen durchschneidet.
• Es müssen, um den bewegten Faden ununterbrochen zu überwachen, eine kontinuierliche Folge von fotoelektrischen Momentaufnahmen des aktuellen Fadendurchmessers erzeugt und praktisch gleichzeitig mit einem vorgegebenen, dem Nenndurchmesser entsprechenden elektrischen Wert verglichen werden. Aus dem Vergleich resultiert die relative Abweichung vom Vergleichswert, wobei diese relative Abweichung nur dann einem Fadendefekt entspricht, wenn das elektrische Abbild des aktuellen Fadendurchmessers im Idealfall genau dem körperlichen entspricht.
• Eine Abweichung des gemessenen Fadendurchmessers vom wirklichen Fadendurchmesser geht als Messfhler in die Messung ein und verfälscht den' Wert der relativen Abweichung, mit dem letztlich, wie schon erwähnt, eine Schneidvorrichtung aktiviert werden soll.
• Es zeigte sich in der Praxis immer wieder, dass in der Umwandlung des körperlichen Fadendurchmessers mit Hilfe von Licht in ein verarbeitbares elektrisches Signal die verwendeten Lichtschranken das mit Abstand kritischste Element in der Funktionskette ist. Meist sind diese Lichtschranken nur bestimmten dynamischen Verhältnissen, beispielsweise Durchlaufgeschwindigkeit, Auslenkung, Reflexion, etc. im Messspalt gewachsen, verändern sich diese in Grössenordnungen ausserhalb des verarbeitbaren Bereichs, so versagen die Lichtschranken, oder besser ausgedrückt, der Messfehler wird so gross, dass nur noch unbrauchbare Messwerte entstehen.
• Lichtschranken reagieren auch nicht unempfindlich auf sehr langsame Aenderungen, die im Vergleich zur Messdynamik eher als statisch anzusehen sind. Genannt sei zum Beispiel die langsame Akkumulation von Staub, Abrieb, etc. in oder an den optisch wirkenden Teilen, kurzum, eine zunehmende Verschmutzung der Lichtschranke. Ebenso gehören in diese Klasse von Messfehler bewirkenden Störungen auch die kumulierenden Beschädigungen der optischen Teile im Messspalt, wie sie beispielsweise durch immer wieder vorkommende Berührungen mit dem schnelllaufenden Faden erzeugt werden. Solch ein aufkommender, systematische Fehler bewirkender Defekt der optischen Einrichtung ist im Ruhebetrieb oft nicht erkennbar, obgleich der dadurch erzeugte Messfehler das Resultat schon stark beeinträchtigt.
• Die Ueberlagerung der Fehler aus den geschilderten Mängeln mit den Fehlern, die durch die Fadendynamik erzeugt werden, sowie weiteren, Fehler beitragenden Einflüssen, führen zu einer recht kritischen Messaufgabe, der man mit verschiedenen technischen Mitteln beizukommen versucht.
• So erzeugt eine einfache Lichtschranke aufgrund des Strahlenganges der Lichtquelle auf der Photozelle ein Schattenbild der Projektion der dem Licht zugekehrten Fadenoberfläche. Dem Fadendurchmesser entspricht dieses Schattenbild nur, wenn er zur Fadenlängsachse überall den gleichen Radius aufweist. Die verschiedenen Formen der zu detekE elldon Dickstellen sind jedoch nicht immer rotationssymmetrisch, d.h. Fadendefekte können im gemessenen Schattenbild verschwinden.
• Diesem Mangel hat man in der Entwicklung der Garnreiniger relativ früh abgeholfen. So zeigt beispielsweise die US-PS 3'264'922, wie mit isotropem, also diffusem Messlicht die Fadenoberfläche vom Messlicht gleichsam umgriffen wird, ohne ein Schattenbild zu erzeugen. Das auf die Photozelle auftreffende, diffuse Messlicht weist ein von der durchlaufenden Fadenoberfläche absorbiertes und teilweise reflektiertes Manko proportional zum, dies mal nicht projizierten' sondern dem wirklichen Rundum-Durchmesser auf. Diese Lichtintensitätsänderung auf der Photozelle erzeugt höchst genaue, dem Fadendurchmesser entsprechende elektrische Signale.
• Die beschriebene Diffuslicht-Schranke ist zudem auf Verschmutzung der optischen Teile, gegenüber eines exakt abbildenden optischen Systems naturgemäss wenig empfindlich. Doch zeigt diese Lösung aber unverkennbar, dass eine brauchbare Messung nur in einem sehr begrenzten Spielraum der Messzone möglich ist, d.h. es ist eine genaue und stabile Fadenführung durch das Zentrum des Messspaltes erforderlich.
• Zum Zeitpunkt, an dem die Lehre der Messung mit diffusem Licht bekannt wurde, waren fast ausnahmslos manuell bediente Spulmaschinen in Verwendung. Diese Maschinen verfügten damals über genügend Platz zur Anordnung von exakten Fadenführungselementen, ausserdem arbeiteten sie mit relativ geringen Fadengeschwindigkeiten. Diese Maschinen sind unterdessen durch vollautomatische Spulmaschinen mit wesentlich höherer Produktivität ersetzt worden, die den Einsatz dieser Messeinrichtung nicht mehr zulassen, denn: Erstens: durch die für die Automatisierung erforderlich gewordenen konstruktiven Massnahmen wurde der vorhandene Plátz für die vorzusehende Messeinrichtung bedeutend kleiner, sie ist heute in den meisten Fällen auf 10 mm begrenzt; und zweitens ist in diesem zur Messung vorgesehenen Bereich der Maschine eine exakte Fadenführung sehr erschwert da fadenführende Teile nicht nahe genug an der Messstelle angebracht werden können; und drittens haben sich die Fadengeschwindigkeiten um ein Vielfaches erhöht, wobei viertens durch die vermehrte Verarbeitung elastischer Garne aus Synthetikmischungen die Fadenlaufunruhe, diese ist letztlich für die Auslenkungen aus der Messzone verantwortlich, sehr stark zugenommen hat, sie führt bei heutigen modernen Spulautomaten zu Auslenkungen bis zu 5 mm.
• Die geschilderte technische Entwicklung bei Spulautomaten verlangt von der Messeinrichtung also präzise Messungen bei wesentlich höheren Durchlaufgeschwindigkeiten und zugleich bei einer um ein Mehrfaches erhöhten Laufunruhe.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Beibehaltung des Prinzips der Messung mit diffusem Messlicht eine Lichtschranke zu schaffen, die den Nachteil der Forderung nach einer präzisen Fadenposition im Messspalt nicht mehr aufweist, sondern vielmehr die heute übliche Fadenlauf-Unruhe zulässt.
• Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Messeinrichtung zu schaffen, die der mechanischen Belastung der höheren Fadendynamik ohne abgenützt zu werden, standhält und gegen kumulative Beschädigungen durch die unvermeidliche Fadenberührung resistent ist.
• Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Messeinrichtung so zu schaffen, dass sie eine Ausdehnung nur so gross aufweist, um den beschränkten Platzverhältnissen in modernen Spulautomaten gerecht zu werden.
• Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebene Erfindung gelöst.
• Zur nachfolgenden, eingehenden Erklärung der Erfindung dienen auch die Zeichnungen, in denen die Fig. 1 die Messeinrichtung gemäss der Erfindung von der Vorderseite und in Fig. 2 die Messeinrichtung von oben gezeigt ist und in Fig. 3 mit einem Diagramm das elektrische Fadensignal in Abhängigkeit der Fadenlage innerhalb des Messspaltes dargestellt ist.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen die Messeinrichtung im Prinzip, es sind also keine eigentlichen Baupläne. Die Massangaben beziehen sich auf Dimensionen, wie sie für den Einsatz -an einem gewissen Maschinentyp erforderlich sind. Die Funktion der Messeinrichtung ist also nicht von diesen Massen abhängig; die Messeinrichtung kann in ihrer Dimensionierung den verschiedenen Erfordernissen angepasst werden. Jedoch sollen die Massangaben in der Zeichnung die erreichten, geringen Abmessungen der Messeinrichtung besser vor Augen führen.
• Fig. 1 zeigt nun zwei planparallele Plättchen 1 und 2, mit optisch transparentem und diffusem Charakter mit den Abmessungen von etwa 4 x 10 x 1 mm, wobei diese beiden Plättchen durch ein Verbindungsstück 3 auf einen parallelen Abstand von ungefähr 3 mm fixiert sind. Das Verbindungsstück 3 dient mit seinem V-förmigen Ausschnitt zur Begrenzung der Fadenauslenkung in der Messzone nach unten hin, d.h. bevorzugt in Richtung der Schwerkraft.
• Hinter den Plättchen 2 befinden sich zwei Lichtquellen 4 und 5, vorzugsweise sind dies Leuchtdioden in funktionell optimiertem Abstand und in geringem Abstand hinter den Plättchen 1 ist eine grossflächige Photozelle, vorzugsweise ein Fotoelement mit einer aktiven Fläche von 4 x 10 mm angeordnet.
• ° Das unter einem Winkel von etwa 90 aus den Lichtquellen 4 und 5 austretende Licht, das mit gestrichelten Linien angedeutet ist, beleuchtet unten und oben zwei Abschnitte des Plättchens 2 intensiv, während eine Zone in der Mitte des Plättchens 2 fast nicht beleuchtet wird. Auf der anderen Seite dieses Plättchens tritt das Licht sekundär diffus orientiert aus, d.h. also unter einem Abstrahlungswinkel von nahezu 1800, so dass im mittleren-Bereich des Plättchens 2 eine maximale Kreuzung und Addition der austretenden Lichtstrahlen stattfindet, wodurch der Beleuchtungsunterschied auf der angestrahlten Seite des Plättchens 2 funktionell kompensiert wird. Bei optimalem Abstand und gleicher Intensität der beiden Lichtquellen 4 und 5 kann auf einer Strecke, welche ungefähr dem Abstand der optischen Achsen der Lichtquellen 4 und 5 entspricht, sekundär bzw. abstrahlungsseitig eine weitgehend gleichmässige Lichtintensität erreicht werden. Aufgrund der diffusen Strahlung und des geringen Abstandes wird der Faden zwangsläufig von einem hohen Anteil Lichtstrahlen mit sehr flachem Winkel erreicht, so dass die Bedingungen für die Messung von nicht rotationssymmetrischen Dickstellen auch hier weitgehend erfüllt sind. Das vor der Photozelle 6 angeordnete Plättchen 1 aus demselben Material wie das Plättchen 2 sorgt durch seinen diffusen zerstreuenden Charakter zusätzlich für eine weitere gleichmässige Verteilung des auf die Photozelle 6 gelangenden Lichtes.
• Im Messspalt 7, also zwischen den Plättchen 1 und 2, ist der Querschnitt eines Fadens F eingezeichnet, wobei die beiden voneinander wegweisenden Pfeile, unten und oben am Fadenquerschnitt, die hauptsächliche Richtung der Fadenlaufunruhe angeben. Die Fadendynamik bewirkt aber ebenso eine Annäherung an die eine oder andere Platte, dies bis zur Berührung. In dem erzeugten homogenen Messlicht ist die Position des Fadens in Richtung Sender/ Empfänger nicht von Bedeutung; auch innerhalb von an anderer Stelle diskutierten Grenzen der zweiten quer zur Laufrichtung liegenden Ausdehnung ist die Position des Fadens nicht von Bedeutung.
• Fig. 2 zeigt zum besseren Verständnis noch eine Ansicht der Messeinrichtung von oben gesehen. Hier wird die untere Lichtquelle 5 von der oberen Lichtquelle 4 verdeckt. Der Messspalt weist hier beinahe einen quadratischen Querschnitt von 4 x 3 mm auf. Der Faden Frist nun in seiner Längsrichtung zu sehen, er verdeckt hier die Sohle der V-Kerbe des Verbindllnsstücks 3.
• Wird durch den gebildeten Messspalt von in diesem Beispiel 10 mm Höhe ein Faden von oben her nach unten zur V-Kerbe hin durchgeführt, so ergibt sich für die von der Photozelle 6 abgegebene Spannung UF eine Variation von d UF entsprechend Fig. 3. Nach einer Eintauchtiefe von 2 mm-stellt sich für A UF die maximale Signalstärke von 100 % ein, was nun bis 8 mm in Richtung zur V-Kerbe annähernd konstant bleibt, um dann wieder abzusinken. Um letzteres zu verhindern, wurde daher die Begrenzung der Fadenbewegung- durch die V-Kerbe im Verbindungsstück 3 bei etwa 8 mm festgelegt, so dass nach oben für den Faden ein linearer Bewegungsspielraum von ungefähr 6 mm zur Verfügung steht. In der Praxis zeigt die Kurve nach Fig. 3 zwar geringe Abweichungen von wenigen Prozent, da aber eine Abweichung bis zu 5 % für die vorliegende Applikation tolerierbar ist, wurde bei dem kleinen Massstab auf dieses Detail in der graphischen Darstellung verzichtet.
• Durch die grosse Fadenunruhe kommt es zu häufigen Berührungen des laufenden Fadens mit der Messeinrichtung, was durch Abrieb zur Beschädigung des normalerweise für den Aufbau der Messeinrichtung verwendeten Materials führen kann und damit zu verfälschten Messergebnissen. Zur Verhinderung dieses Einflusses musste also ein transparent diffuses Material von grosser Härte gefunden werden, das den üblichen textilen Bedingungen für berührenden Fadenlauf entspricht. Da als Lichtquelle heute vorzugsweise Infrarotdioden zum Einsatz kommen, eigenen sich dünne Keramikplättchen aus Aluminiumoxyd von hoher Reinheit, die ein ausreichendes Durchlassvermögen von Infrarotlicht zeigen. Die beiden Diffusor-Plättchen der Lichtsende- und Lichtempfangsseite werden somit mit Vorzug aus diesem Material gefertigt, wobei sie zweckmässig mit einem Steg oder Verbindungsstück des gleichen Materials verbunden werden, wobei das Verbindungsstück den V-förmigen Ausschnitt zur einseitigen Fadenbegrenzung aufweist.

Claims (7)

1. Patentansprüche l.)Fotoelektrische Messeinrichtung für elektronische Garnreiniger mit einer diffuses Licht abstrahlen-und den Messlichtquelle und mindestens einem, das Messlicht empfangenden fotosensitiven Element zur Gewinnung eines dem Fadendurchmesser des den Messspalt durchlaufenden Fadens proportionalen Signals, gekennzeichnet durch zwei, mindestens zwei planparallele Flächen aufweisende und mit je einer dieser Flächen einander zugekehrte, im Abstand angeordnete und dadurch eipen Messspalt(7) bildende Platten (1,2) mit transparent di rfurern Vorllaltex gegen einstrahlendes Licht und mindestens zwei zu einer der beiden, dem- Messspalt gegenüberliegenden, planparallelen Flächen angeordnete Lichtquellen (4,5) und mindestens ein zu der verbleibenden, dem Messspalt(7) gegenüberliegenden planparallelen Fläche angeordnetes fotosensitives Element (6).
2. 2. Fotoelektrische Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der Lichtquellen (4, 5) parallel zueinander und rechtwinklig zur angestrahlten planparallelen Fläche der Platte (1 oder 2) stehen und so weit voneinander beabstandet sind, dass zwei einzelne Einstrahlzonen bei gleicher Einstrahlintensität der Lichtquellen (4, 5) auf die eine planparallele Fläche auf der gegenüberliegenden, der gleichen Platte angehörenden planparallelen Fläche eine flächenmässig grössere Abstrahlzone, als die Summe der Fläche beider Einstrahlzonen, von gleicher Abstrahlintensität erzeugt.
3. 3. Fotoelektrische Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallelen Platten Keramikplatten sind.
4. 4. Fotoelektrische Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramik aus Aluminiumoxid besteht.
5. 5. Fotoelektrische Messemrichtung-nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Messspalt bildenden planparallelen Platten. (1 und 2) durch einen Verbindungssteg (3) in Abstand zueinander gehalten werden.
6. 6. Fotoelektrische Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden planparallelen Platten (1, 2) mit dem angeordneten Verbindungsstück (3) einstückig und aus gleichem Material als Einheit gebildet ist.
7. 7. Fotoelektrische Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (3) eine V-förmige Begrenzungskerbe aufweist.