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.
Electrical apparatus for determining the deviation of the diameter of a body moving on its axis
The invention relates to an electrical apparatus for determining the deviation of the diameter of a body moving on its axis. It is particularly suitable for use together with apparatuses which have optical scanning devices for the body to be tested or monitored.
Such devices are used, for example, to detect changes in the thickness of thread-like material. In the textile industry, for example, attempts are made to eliminate undesirable thickening of spun yarn, for which purpose capture devices have long been used. In such devices, mechanical means have been used for sensing the thickness of the thread and for cutting out those portions of the thread whose diameter exceeds a predetermined value.
However, it has been shown that such interception systems under certain conditions, such as. B. with very thin yarn, are insufficient, and therefore various proposals have been made to generate a signal as a function of the scanning device which should then be used to control a cutting device for the yarn. A scanning device in question has an optical scanning element for the yarn. However, difficulties have been encountered when using this scanner due to the constant dust exposure to which it is exposed. The dust accumulated, for example, in the passage of light from the light source to the photoelectric cell, or another suitable optical-electrical converter, and led to a progressive reduction in the sensitivity of the apparatus.
In the textile industry, not only the elimination of sudden thickenings, i. H. of sudden changes in the diameter of the yarn, but also the detection and elimination of other defects, such as e.g. B. of so-called double spinners, which only consist of gradual changes in diameter, but which can nevertheless seriously endanger the quality of the yarn under investigation.
When using optical scanning devices or other devices, the sensitivity of which is reduced by the accumulation of dust, it is not possible to allow them to respond to defects which consist only in a gradual change in diameter of the yarn. In principle, it would be possible to avoid this disadvantage by using a second converter which is exposed to the same conditions as the first converter, and to use this second converter to generate a reference signal. However, this would increase the construction costs and thus the price of such an apparatus considerably.
The purpose of the present invention is to create an electrical apparatus for the deviation of the diameter of a body moving in its axis, in which the aforementioned disadvantages are avoided.
According to the invention, the apparatus has a scanning head with which an alternating current signal is generated, the amplitude of which depends on the said deviation, an amplifier and rectifier device for the electrical signal, with which the amplification is automatically regulated depending on the rectified current supplied by the rectifier automatic gain control takes place via a filter circuit, the filtering effect of which means that the rectified current only contains frequency components above a predetermined frequency.
The generation of an alternating current signal that depends on the properties of the substance and the use of an automatic gain control in the rectifier system prevent the sensitivity of the device from being affected by external influences such as e.g. B. the accumulation of dust is reduced.
The rectified output current is expediently fed to a detector which controls a relay or a thread cutting device.
The filter effect of the filter circuit is designed in such a way that low frequencies, i.e. H. those up to said predetermined frequency are no longer preserved in the rectified output current. Such low frequencies would correspond to very small changes in the amplitude of the alternating current signal, such as those caused by dust accumulation on the body under test, or by temperature changes. Nevertheless, the predetermined frequency, especially in the case of apparatus for detecting changes in the diameter of threads, should, if possible, be set low enough so that changes in the alternating current signal that correspond to double spinners or other errors that are more gradual changes in thread thickness can still be detected.
So that sudden changes in the thickness of the thread, which are normally only about 2-3 mm long at the usual thread speeds, can be detected, the apparatus must be able to process frequency components in the rectified signal up to several KHz. At thread speeds of about 270 to 1100 m / min. it is desirable that modulated signals from 10 Hz to 12 KHz can occur. The frequency of the alternating current signal, which serves as the carrier for the frequencies indicating changes in the properties of the tested body, must of course be chosen to be significantly higher than the highest frequency to be determined.
The invention is explained in more detail below with reference to the single figure of the drawing, which shows a block diagram of an embodiment of the apparatus according to the invention.
The electrical apparatus shown in the drawing is used to detect changes in the diameter of spun yarn caused by defects in the yarn. The apparatus has a scanning head with which an alternating current signal can be generated, the amplitude of which depends on the aforementioned diameter.
In this embodiment, the head has a light source 1 which is controlled by an oscillator 2 so that pulsating light is emitted at the frequency required to generate the alternating current signal. The light source 1 is expediently a semiconductor, for example a gallium arsenic emitter, which can emit strong bursts of infrared light at a high frequency. The light from the source 1 is projected beyond the yarn 3 emerging from a spinning machine, to be precise onto a photoelectric converter 4, for which purpose a suitable optical projection system is used. In the example shown, the optical system comprises diffusers 5 and 6, as well as diaphragms 7 and 8. Of course, these components could be replaced by a lens system.
The converter 4 expediently consists of a surface semiconductor which is under such a bias voltage that an alternating current signal is generated as a function of the light pulses falling on the surface from the source 1, the amplitude of which depends on the diameter of the yarn 3.
The current emerging from the converter 4 is amplified in an alternating current amplifier 9 and then rectified in a rectifier 10, with amplifier regulation taking place as a function of the rectified output current. This automatic amplifier control takes place via a filter circuit, which in the example shown is formed by a circuit with a large time constant, in a known manner by means of a resistor 11 in connection with a grounded capacitor 12. The long time delay in the automatic amplifier control circuit can also be formed by a thermistor will.
It should be noted that the rectified output current contains frequencies which lie between a lower limit, i.e. H. said predetermined frequency, which corresponds to a small change in the diameter of the yarn over time and is determined by the filter element of the filter circuit, and an upper limit, the latter being determined by the greatest rate of change of the yarn diameter that occurs. The time constant of the circuit 11, 12 or the characteristic of the thermistor is chosen so that the lower frequency limit is above the frequencies caused by external influences, such as the accumulation of dust on the yarn or temperature fluctuations.
On the other hand, this lower frequency limit is lower than those frequencies that correspond to yarn defects at which only a gradual change in diameter occurs, such as. B. with double spinners or draw-off errors.
The rectified output signal is supplied to a detector 13 which controls a relay or a yarn cutting device 14 in the event of the high frequencies occurring due to sudden yarn thickening. The detector can operate the same or a different relay or the garment cutting device even if the rectified output signal contains lower frequencies corresponding to double spinning or withdrawal errors, or the detector can also simply activate an alarm device. The detector is expediently adjustable so that it can be adapted to the various requirements relating to the type and quality of the yarn.
By using the automatic amplifier control, the apparatus can be used for yarn with any nominal diameter, as long as the optical scanning system is still suitable, since changing to a yarn with a larger diameter only has the effect of reducing the intensity of the light hitting the converter, which could be equated with a reduction in the output power of the light source. When the apparatus is started up, it will normally adjust itself to the specific nominal diameter of the yarn to be tested. The time it takes for this depends on the filtering effect of the filter circuit. In cases in which very slow changes in the yarn diameter are to be determined, the filter circuit must have a time constant of several seconds.
So that the time required for the device to adapt itself to the nominal diameter is not too long in such a case, the filter circuit can be short-circuited, for example by simply pressing a push button, which allows the device to operate independently of the filter effect, i.e. H. practically instantaneous to adjust yourself.
The circuit shown in the example comprises checkered elements, and a transistorized printed circuit can be used for this purpose, for example.
The light source 1 and the photoelectric converter 4 could of course be replaced by other elements which generate an alternating current signal, the amplitude of which depends on the yarn diameter.
The apparatus can of course also be used to determine changes in other properties and other bodies, such as e.g. B. to detect changes in the thickness or density of more or less transparent films, etc.