DE3112812A1 - Photoelectric measuring device for electronic yarn cleaners - Google Patents
Photoelectric measuring device for electronic yarn cleanersInfo
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Abstract
Description
Fotoelektrische Messeinrichtung für elektronischePhotoelectric measuring device for electronic
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.Yarn clearer The invention relates to a photoelectric measuring device in an electronic yarn clearer, especially one that works with diffuse light Light barrier for measuring deviations from the nominal diameter of one through the measuring gap moving thread.
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.These are the defects in the yarn that arise during the spinning process in most cases thick spots in their cross-section above the nominal diameter, are usually measured and determined on the running, i.e. moving thread. This measurement takes place without contact with the help of light, whereby the result of the measurement signals obtained in uninterrupted sequence for deviations from the nominal diameter can therefore be examined for defects. Defect indicating Signals are used for example a cutting device put into operation, which cuts the thread in the vicinity of such defects.
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.In order to continuously monitor the moving thread, a continuous sequence of photoelectric snapshots of the current thread diameter generated and practically simultaneously with a predetermined, corresponding to the nominal diameter electrical value can be compared. The relative deviation results from the comparison from the comparison value, whereby this relative deviation only corresponds to a thread defect, if the electrical image of the current thread diameter is ideally exactly that physical corresponds.
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.A deviation of the measured thread diameter from the real thread diameter goes into the measurement as a measuring sensor and falsifies the value of the relative deviation, With which ultimately, as already mentioned, a cutting device is to be activated.
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.It has been shown time and again in practice that the transformation the physical thread diameter with the help of light into a processable electrical Signal the light barriers used by far the most critical element in the Function chain is. Most of these light barriers are only specific dynamic conditions, for example throughput speed, deflection, reflection, etc. in the measuring gap grown, these change in magnitudes outside of the processable The light barriers fail, or to put it better, the Measurement errors become so great that only unusable measured values are produced.
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.Light barriers also do not react insensitively to very slow ones Changes that are to be regarded as static in comparison to the measurement dynamics. For example, the slow accumulation of dust, abrasion, etc. in or on the visually effective parts, in short, increasing soiling of the light barrier. This class of disturbances causing measurement errors also includes cumulative disturbances Damage to the optical parts in the measuring gap, such as that caused by getting recurring contacts can be generated with the fast moving thread. Such an emerging, systematic error causing defect in the optical device is often not noticeable in idle mode, although the measurement error that this creates the result is already severely impaired.
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.The superimposition of the errors from the defects described with the Errors that are generated by the thread dynamics, as well as other errors that contribute Influences lead to a very critical measurement task that can be dealt with by various tries to get over technical means.
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.This is how a simple light barrier generates due to the beam path the light source on the photocell a shadow image of the projection of the light facing thread surface. This silhouette corresponds to the thread diameter only if it has the same radius everywhere to the longitudinal axis of the thread. The different to shape However, the thick spots to be discovered are not always Elldon rotationally symmetrical, i.e. thread defects can disappear in the measured shadow image.
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.This deficiency is relative in the development of yarn clearers remedied early. For example, US Pat. No. 3,264,922 shows how isotropic, i.e. diffuse measuring light, the thread surface is as it were encompassed by the measuring light, without creating a shadow image. The diffuse one that hits the photocell Measurement light has a light that is partially absorbed by the thread surface passing through it Reflected shortcoming proportional to the 'not projected this time' but the real one All around diameter. This light intensity change is generated on the photocell highly accurate electrical signals corresponding to the thread diameter.
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.The diffuse light barrier described is also on contamination of the optical parts, as opposed to an exactly imaging optical system not very sensitive. But this solution clearly shows that a useful one Measurement is only possible in a very limited range of the measuring zone, i.e. it exact and stable thread guidance through the center of the measuring gap is required.
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.At the time when the teaching of measurement with diffuse light was known manual winding machines were used almost without exception. These At that time, machines had enough space to arrange precise thread guide elements, in addition, they worked with relatively low thread speeds. These machines are meanwhile, thanks to fully automatic winding machines with significantly higher productivity which no longer permit the use of this measuring device, because: First: through the constructive features that have become necessary for automation Measures the existing space for the planned measuring device became important smaller, today it is limited to 10 mm in most cases; and second is an exact thread guide in this area of the machine intended for measurement very difficult because thread-guiding parts are not attached close enough to the measuring point can be; and third, the thread speeds have increased many times over and fourthly through the increased processing of elastic yarns made from synthetic blends the unsteadiness of the thread running, this is ultimately responsible for the deflections from the measuring zone, has increased very sharply, it leads to deflections in today's modern automatic winder up to 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.The described technical development in automatic winding machines is required from the measuring device, therefore, precise measurements at significantly higher throughput speeds and at the same time with a multiple increase in uneven running.
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.It is therefore the object of the invention, while maintaining the principle measurement with diffuse measuring light To create light barrier, which does not have the disadvantage of the requirement for a precise thread position in the measuring gap has more, but rather allows the thread run unrest that is common today.
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.It is a further object of the invention to create a measuring device, the mechanical load of the higher thread dynamics without being worn out, withstands and against cumulative damage from the inevitable thread contact is resistant.
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.A further object of the invention is to create the measuring device in such a way that that it has an expansion only so large as to accommodate the limited space available in modern automatic winding machines.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebene Erfindung gelöst.The task is by the in the characterizing part of the first claim specified invention solved.
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.Also serve for the following, detailed explanation of the invention the drawings in which FIG. 1 shows the measuring device according to the invention of the front and in Fig. 2 the measuring device is shown from above and in Fig. 3 with a diagram, the electrical thread signal as a function of the thread position within of the measuring gap is shown.
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.Figures 1 and 2 show the measuring device in principle, there are so no actual blueprints. The dimensions refer to dimensions, as they are required for use on a certain type of machine. The function the measuring device is therefore not dependent on these masses; the measuring device can be adapted in their dimensions to the various requirements. However, the dimensions given in the drawing should reflect the small dimensions achieved the measuring device better to visualize.
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.Fig. 1 now shows two plane-parallel plates 1 and 2, with optical transparent and diffuse character with the dimensions of about 4 x 10 x 1 mm, these two platelets being spaced parallel to one another by means of a connecting piece 3 of about 3 mm are fixed. The connecting piece 3 is used with its V-shaped Cutout to limit the thread deflection in the measuring zone downwards, i.e. preferably in the direction of gravity.
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.Two light sources 4 and 5 are located behind the small plates 2, preferably these are light-emitting diodes at a functionally optimized distance and at a small distance behind the plate 1 is a large-area photocell, preferably a photo element arranged with an active area of 4 x 10 mm.
° 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. ° That at an angle of about 90 from the light sources 4 and 5 outgoing light, which is indicated with dashed lines, illuminates below and above two sections of the plate 2 intense, while a zone in the middle of the plate 2 is almost not illuminated. On the other side of this plate the light occurs secondary diffusely oriented out, i.e. under a radiation angle of almost 1800, so that in the middle area of the plate 2 a maximum crossing and addition of the exiting light rays takes place, whereby the difference in illumination on the illuminated side of the plate 2 is functionally compensated. With an optimal distance and the same intensity of the both light sources 4 and 5 can be on a distance which is approximately the distance corresponds to the optical axes of the light sources 4 and 5, secondary or on the radiation side a largely uniform light intensity can be achieved. Because of the diffuse Radiation and the short distance, the thread is inevitably from a high Proportion of light rays reached with a very shallow angle, so that the conditions for the measurement of non-rotationally symmetrical thick places is also largely fulfilled here are. The plate 1 arranged in front of the photocell 6 and made of the same material as the plate 2 also provides due to its diffuse dispersive character a further uniform distribution of the light reaching the photocell 6.
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.The cross section is in the measuring gap 7, that is between the plates 1 and 2 of a thread F is drawn, the two arrows pointing away from each other, at the bottom and top of the thread cross-section, the main direction of the thread running unrest indicate. The thread dynamics also bring about an approach to one or the other Plate, this to the touch. The position is in the homogeneous measuring light generated of the thread in the direction of the transmitter / receiver does not matter; also within elsewhere discussed limits of the second across the Running direction the position of the thread is not important.
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.For a better understanding, FIG. 2 shows another view of the measuring device seen from above. Here the lower light source 5 is from the upper light source 4 covered. The measuring gap here has an almost square cross-section of 4 x 3 mm. The thread time limit can now be seen in its longitudinal direction, it is obscured here the sole of the V-notch of the connecting piece 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.This is due to the measurement gap formed, which in this example is 10 mm high if a thread is passed from top to bottom towards the V-notch, it results for the voltage UF emitted by the photocell 6 corresponds to a variation of d UF Fig. 3. After an immersion depth of 2 mm, the maximum signal strength is obtained for A UF of 100%, which now remains almost constant up to 8 mm in the direction of the V-notch, to then sink back down again. In order to prevent the latter, therefore, the limitation the thread movement - fixed by the V-notch in the connector 3 at about 8 mm, so that there is a linear range of motion of about 6 mm for the thread upwards is available. In practice, the curve according to FIG. 3 shows slight deviations of a few percent, but there is a deviation of up to 5% for the application at hand is tolerable, was at the small scale on this detail in the graphic Representation omitted.
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.Due to the great unsteadiness of the thread, there is frequent contact with the running thread with the measuring device, which can damage the material normally used for the construction of the measuring device and thus to falsified measurement results. To prevent this influence had to So a transparent diffuse material of great hardness can be found, which the corresponds to the usual textile conditions for a touching threadline. As a light source Nowadays infrared diodes are preferably used, thin ceramic plates are suitable made of aluminum oxide of high purity, which has a sufficient permeability of Show infrared light. The two diffuser plates on the light-emitting and light-receiving side are therefore preferably made of this material, and they are useful with a web or connecting piece of the same material are connected, wherein the connecting piece has the V-shaped cutout to limit the thread on one side.
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