Elektrischer Apparat zur Feststellung der Abweichung des Durchmessers eines in seiner Achse bewegten Körpers
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Apparat zur Feststellung der Abweichung des Durchmesser eines in seiner Achse bewegten Körpers. Er eignet sich insbesondere zur Verwendung zusammen mit Apparaten, welche optische Abtasteinrichtungen für den zu prüfenden oder zu überwachenden Körper aufweisen.
Solche Apparate werden beispielsweise dazu verwendet, Änderungen in der Dicke von fadenartigem Material festzustellen. In der Textilindustrie wird beispielsweise versucht, unerwünschte Verdickungen aus gesponnenem Garn auszuschalten, zu welchem Zweck lange Zeit Fangeinrichtungen verwendet wurden. Bei solchen Einrichtungen wurden mechanische Mittel zum Abtasten der Fadendicke und zum Herausschneiden derjenigen Abschnitte des Fadens verwendet, deren Durchmesser einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Fangeinrichtungen unter gewissen Bedingungen, wie z. B. mit sehr dünnem Garn, ungenügend sind, und es wurden daher verschiedene Vorschläge gemacht, um in Abhängigkeit der Abtasteinrichtung ein Signal zu erzeugen, welches dann zur Steuerung einer Schneidvorrichtung für das Garn verwendet werden sollte. Eine dabei in Frage kommende Abtastvorrichtung besitzt ein optisches Abtastorgan für das Garn. Bei Verwendung dieser Abtastvorrichtung traten jedoch durch den ständig vorhandenen Staub dem sie ausgesetzt ist, Schwierigkeiten auf. Der Staub sammelte sich beispielsweise im Durchgang des Lichtes von der Lichtquelle zur photoelektrischen Zelle, oder einem anderen geeigneten optisch-elektrischen Umwandler an, und führte dabei zu einer fortschreitenden Verminderung der Empfindlichkeit des Apparates.
In der Textilindustrie wird üblicherweise nicht nur das Ausscheiden von plötzlichen Verdickungen, d. h. von sprungartigen Änderungen im Durchmesser des Garns verlangt, sondern auch das Erfassen und Ausscheiden von anderen Fehlern, wie z. B. von sogenannten Doppelspinnern, die nur in allmählichen Durchmesseränderungen bestehen, die jedoch trotzdem die Qualität des untersuchten Garns ernsthaft gefährden können.
Bei Verwendung von optischen Abtastvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen, deren Empfindlichkeit durch anfallenden Staub vermindert wird, ist es nicht möglich, diese auf solche Fehler ansprechen zu lassen, die nur in einer allmählichen Durchmesseränderung des Garns bestehen. Es wäre grundsätzlich möglich, diesen Nachteil durch den Einsatz eines den gleichen Bedingungen wie der erste Umwandler ausgesetzten zweiten Umwandlers zu vermeiden, und diesen zweiten Umwandler zur Erzeugung eines Bezugssignals zu verwenden. Dies würde jedoch die Baukosten, und somit den Preis eines solchen Apparates wesentlich erhöhen.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun die Schaffung eines elektrischen Apparates der Abweichung des Durchmessers eines in seiner Achse bewegten Körpers, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden sind.
Erfindungsgemäss besitzt der Apparat einen Abtastkopf, mit dem ein Wechselstromsignal erzeugt wird, dessen Amplitude von der genannten Abweichung abhängt, eine Verstärker- und Gleichrichtereinrichtung für das elektrische Signal, mit welcher in Abhängigkeit des vom Gleichrichter gelieferten gleichgerichteten Stromes die Verstärkung automatisch geregelt wird, wobei diese automatische Verstärkungsregelung über einen Filterkreis erfolgt, dessen Filterwirkung bewirkt, dass der gleichgerichtete Strom nur Frequenzkomponenten über einer vorbestimmten Frequenz enthält.
Durch die Erzeugung eines von den Eigenschaften des Stoffes abhängigen Wechselstromsignals, und durch die Verwendung einer automatischen Verstärkungsregelung im Gleichrichtersystem, wird verhindert, dass die Empfindlichkeit des Apparates durch äussere Einflüsse, wie z. B. die Ansammlung von Staub, vermindert wird.
Der gleichgerichtete Ausgangsstrom wird zweckmässig einem ein Relais oder eine Fadenschneidvorrichtung steuernden Detektor zugeführt.
Die Filterwirkung des Filterkreises wird derart ausgelegt, dass niedrige Frequenzen, d. h. solche bis zu der genannten vorbestimmten Frequenz, im gleichgerichteten Ausgangsstrom nicht mehr erhalten sind. Solche niedrige Frequenzen würden sehr geringen Anderungen der Amplitude des Wechselstromsignals entsprechen, wie sie beispielsweise durch Staub ansammlungen auf dem zu prüfenden Körper, oder durch Temperaturänderungen verursacht würden. Trotzdem soll die vorbestimmte Frequenz, insbesondere bei Apparaten zum Feststellen von Änderungen im Durchmesser von Fäden, wenn möglich tief genug festgesetzt werden, damit Anderungen des Wechselstromsignals, die Doppelspinnern oder anderen Fehlern die eher allmählichen Änderungen der Fadendicke entsprechen, noch erfasst werden können.
Damit plötzliche Dickenänderungen des Fadens, die normalerweise nur etwa 2-3 mm lang sind bei den üblichen Fadengeschwindigkeiten festgestellt werden können, muss der Apparat Frequenzkomponenten im gleichgerichteten Signal bis zu mehreren KHz verarbeiten können. Bei Fadengeschwindigkeiten von etwa 270 bis 1100 m/Min. ist es wünschenswert, dass modulierte Signale von 10 Hz bis 12 KHz auftreten können. Die Frequenz des Wechselstromsignals, welche als Trägerin für die Änderungen der Eigenschaften des geprüften Körpers anzeigenden Frequenzen dient, muss selbstverständlich wesentlich grösser gewählt werden, als die höchste festzustellende Frequenz.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung, welche ein Blockschema einer Ausführungsart des erfindungsgemässen Apparates zeigt, näher erläutert.
Der in der Zeichnung gezeigte elektrische Apparat diene zur Feststellung von Anderungen im Durchmesser von gesponnenem Garn, hervorgerufen durch Fehler im Garn. Der Apparat besitzt einen Abtastkopf, mit dem ein Wechselstromsignal erzeugt werden kann, dessen Amplitude vom vorgenannten Durchmesser abhängt.
Der Kopf besitzt, bei dieser Ausführungsform, eine Lichtquelle 1, die von einem Oszillator 2 gesteuert wird, so dass pulsierendes Licht mit der zur Erzeugung des Wechselstromsignals erforderlichen Frequenz ausgestrahlt wird. Die Lichtquelle 1 ist zweckmässig ein Halbleiter, so beispielsweise ein Gallium-Arsen Emitter, der starke Stösse infraroten Lichtes mit hoher Frequenz aussenden kann. Das Licht von der Quelle 1 wird bis über das aus einer Spinnmaschine austretende Garn 3 hinaus projiziert, und zwar auf einen photoelektrischen Umwandler 4, wozu ein geeignetes optisches Projektionssystem verwendet wird. Beim gezeigten Beispiel umfasst das optische System Diffosoren 5 und 6, sowie Blenden 7 und 8. Natürlich könnten diese Bauteile durch ein Linsensystem ersetzt werden.
Der Umwandler 4 besteht zweckmässig aus einem Flächenhalbleiter, der unter einer solchen Vorspannung steht, dass in Abhängigkeit der von der Quelle 1 auf die Fläche fallenden Lichtstösse ein Wechselstromsignal erzeugt wird, dessen Amplitude vom Durchmesser des Garns 3 abhängt.
Der aus dem Umwandler 4 austretende Strom wird in einem Wechselstromverstärker 9 verstärkt, und dann in einem Gleichrichter 10 gleichgerichtet, wobei eine vom gleichgerichteten Ausgangsstrom abhängige Verstärkerregelung stattfindet. Diese automatische Verstärkerregelung erfolgt über einen Filterkreis, der beim gezeigten Beispiel durch einen Kreis mit grosser Zeitkonstante gebildet wird, und zwar auf bekannte Weise mittels eines Widerstandes 11 in Verbindung mit einem geerdeten Kondensator 12. Die grosse Zeitverzögerung im automatischen Verstärkerregelungskreis kann auch durch einen Thermistor gebildet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der gleichgerichtete Ausgangsstrom Frequenzen enthält, die zwischen einer unteren Grenze, d. h. der genannten vorbestimmten Frequenz, die einer geringen zeitlichen Anderung im Durchmesser des Garns entspricht, und durch das Filterglied des Filterkreises bestimmt wird, und einer oberen Grenze liegen, wobei letztere durch die grösste vorkommende Anderungsgeschwindigkeit des Garndurchmessers bestimmt wird. Die Zeitkonstante des Kreises 11, 12 oder die Charakteristik des Thermistors wird so gewählt, dass die genannte untere Frequenzgrenze über den Frequenzen liegt, die durch äussere Einflüsse verursacht werden, wie beispielsweise durch die Ansammlung von Staub auf dem Garn oder durch Temperaturschwankungen.
Andererseits liegt diese untere Frequenzgrenze jedoch tiefer als diejenigen Frequenzen, die Garnfehlern entsprechen, bei denen nur eine allmähliche Durchmesseränderung auftritt, wie z. B. bei Doppelspinnern oder Abzugfehlern.
Das gleichgerichtete Ausgangssignal wird einem Detektor 13 zugeführt, welcher im Fall der durch plötzliche Garnverdickungen auftretenden hohen Frequenzen, ein Relais oder eine Garnschneideeinrichtung 14 steuert. Der Detektor kann dasselbe oder ein anderes Relais oder die Garuschneideeinrichtung auch dann in Betrieb setzen, wenn das gleichgerichtete Ausgangssi Signal Doppelspinnern oder Abzugfehiern entsprechende niedrigere Frequenzen enthält, oder der Detektor kann auch einfach eine Alarmvorrichtung betätigen. Der Detektor ist zweckmässig einstellbar, damit er den verschiedenen Anforderungen betreffend Art und Qualität des Garns angepasst werden kann.
Durch die Verwendung der automatischenVerstärkerregelung kann der Apparat für Garn mit beliebigem nominalen Durchmesser verwendet werden, solange sich das optische Abtastsystem dazu noch eignet, da ein Überwechseln auf ein Garn mit grösserem Durchmesser lediglich bewirkt, dass die Intensität des auf den Umwandler auftreffenden Lichtes vermindert wird, was einer Verminderung der Ausgangsleistung der Lichtquelle gleichgesetzt werden könnte. Bei der Inbetriebsetzung des Apparates wird sich dieser normalerweise von selbst auf den speziellen nominalen Durchmesser des zu prüfenden Garns einstellen. Die Zeit die er dazu braucht, hängt von der Filterwirkung des Filterkreises ab. In Fällen, in denen auch sehr langsam vor sich gehende Änderungen im Garndurchmesser festgestellt werden sollen, muss der Filterkreis eine Zeitkonstante von mehreren Sekunden aufweisen.
Damit in einem solchen Fall die erforderliche Zeit für die Selbstanpassung des Apparates an den Nominaldurchmesser nicht zu lange wird, kann der Filterkreis kurzgeschlossen werden, beispielsweise durch die einfache Betätigung eines Druckknopfes, was dem Apparat erlaubt, sich unabhängig von der Filterwirkung, d. h. praktisch augenblicklich, selbst einzustellen.
Die beim Beispiel gezeigte Schaltung umfasst be karirte Elemente, und es kann dazu beispielsweise eine transistorisierte gedruckte Schaltung in Frage kommen.
Die Lichtquelle 1 und der photoelektrische Umwandler 4 könnten selbstverständlich durch andere Elemente ersetzt werden, die ein Wechselstromsignal erzeugen, dessen Amplitude vom Garndurchmesser abhängt.
Der Apparat kann natürlich auch zur Feststellung von Änderungen anderer Eigenschaften und anderer Körper verwendet werden, wie z. B. zum Feststellen von Ande- rungen der Dicke oder der Dichte von mehr oder weniger durchsichtigen Filmen usw.