Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Einrichtung zum optischen Abtasten von Objekten, mit einer Lichtsendevorrichtung zum Erzeugen von gepulstem Licht, einer Lichtempfangsvorrichtung mit einem für das gepulste Licht empfindlichen Lichtsensor und einem an den Lichtsensor angeschlossenen elektronischen Kreis zum Auswerten der vom gepulsten Licht erzeugten elektrischen Signale.
Eine photoelektrische Einrichtung der genannten Art, die zum Abtasten von laufenden Garnen zwecks Ermittlung von Garnfehlern dienen kann, ist aus der britischen Patentschrift Nr. 1133 443 bekannt. Nach dem Ausführungsbeispiel dieser Patentschrift umfasst die Lichtsendevorrichtung eine Halbleiter-Lichtquelle, die an einen 30 kHz-Generator, der Rechteckimpulse erzeugt, angeschlossen ist; im Lichtempfänger ist eine Photodiode zum Empfang des gepulsten Lichts vorgesehen.
Wie dort auch angegeben ist, wird durch eine solche Anordnung die Wirkung von aus der Umgebung einfallendem Licht, das ist insbesondere Sonnenlicht, vermindert.
Wenn jedoch in einem solchen Lichtempfänger eine starke Einstrahlung von Gleichlicht, wie Sonnenlicht, auf die Photodiode einwirkt, so kann durch den in der Photodiode erzeugten Gleichstrom deren Arbeitspunkt so stark verschoben werden, dass die Photodiode nahezu oder vollständig übersteuert wird, so dass sie für die gepulsten Nutzsignale eine nur noch ungenügende Empfindlichkeit aufweist.
Der Zweck der Erfindung ist demgemäss die Schaffung einer photoelektrischen Abtasteinrichtung, deren Empfindlichkeit nicht oder nur in ganz geringem Masse durch auf den Lichtsensor auffallendes Fremdlicht, insbesondere Sonnenlicht, beeinflusst wird.
Die erfindungsgemässe photoelektrische Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung einer Übersteuerung des Lichtsensors durch aus der Umgebung eingestrahltes Licht ein induktives Glied vorgesehen ist, welches die Gleichstromkomponente des vom Lichtsensor erzeugten elektrischen Signals kurzschliesst.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe Einrichtung eine Lichtsendeeinrichtung mit zwei trägheitslos anregbaren gerichteten Lichtquellen, einem Pulsgenerator, der die Lichtquelle abwechselnd in lückenlos aufeinanderfolgenden Zeitintervallen erregt, und mit Einstellmitteln, um das Verhältnis der Intensitäten der von den zwei Lichtquellen erzeugten Strahlenbündel ändern zu können.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Pulsgenerator ein stabiler Multivibrator vorgesehen, welcher als Einstellmittel zur Änderung des Intensitätsverhältnisses der beiden Strahlenbündel ein Potentiometer enthält.
Vorzugsweise umfasst die Lichtempfangsvorrichtung einen trägheitslos arbeitenden Lichtsensor und einen an diesen angeschlossenen, auf die Frequenz des Pulsgenerators abgestimmten Verstärker; als photoelektrische Wandler für die Lichtquellen und für den Lichtsensor können Halbleiterbauelemente, zum Beispiel Leuchtdioden oder Photodioden bzw.
Phototransistoren, vorgesehen sein.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann bei zweckentsprechender Ausbildung für die verschiedensten technischen Zwecke eingesetzt werden, zum Beispiel als Schusspulenfühler an Webmaschinen, als Kopswächter an Spulmaschinen, als Zählvorrichtung zur Stückzahlkontrolle in Fertigungsbetrie ben, als Drehzahlmessgerät an Maschinen, zur Steuerung von
Paketsortiervorrichtungen, zur Kantenführung von Stoffbahner für Reflexionslichtschranken und andere Zwecke.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Es zeigen:
Fig. la eine schematische Darstellung eines Schusspulenfüh lers für eine Webmaschine,
Fig. lb die Winkel, welche die verschiedenen Strahlen zum Einfallslot bilden,
Fig. 2 und 3 Schaltbilder der elektronischen Kreise des Schusspulenfühlers der Figur 1,
Fig. 4 eine als Überwachungseinrichtung für den Durchgang der Kante eines diffus reflektierenden Objekts ausgebildete Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung in schematischer Darstellung. und
Fig. 5 eine Darstellung einiger der in der Empfangsvorrichtung der Fig. 4 erzeugten Impulse.
In Fig. la ist eine Schusspule 1 dargestellt, auf deren Spulenkörper 2 sich ein Restwickel 3 eines Garns befindet. Der Schützen, in welchem sich die Schusspule beim Betrieb befindet, sowie weitere Teile der Webmaschine sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die Einrichtung umfasst eine Lichtsendevorrichtung, die zwei gerichtete Lichtquellen 4 und 5 und ein Speisegerät 6 umfasst, und eine Lichtempfangsvorrichtung, die einen Lichtsensor 7 und einen abgestimmten Verstärker 8 umfasst. Vorzugsweise sind diese Teile in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das an der Webmaschine befestigt ist. Das Gehäuse ist nur schematisch durch die gestrichelte Linie 9 dargestellt. Jede der beiden Lichtquellen 4 und 5 erzeugt ein Lichtstrahlenbündel, dessen Mittellinie die optische Achse S1 bzw. S2 der zugehörigen Lichtquelle bildet. Diese optischen Achsen schneiden sich im Punkt S auf der Oberfläche des Spulenkörpers 2. Die Lichtquellen können beispielsweise mit je einer Leuchtdiode L1, L2 (Fig. 2) bestückt sein, die Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Teil des Spektrums erzeugt.
Es sind zahlreiche solcher Leuchtdioden bekannt, wobei solche mit Galliumarsenid für das infrarote Gebiet und solche mit Galliumphosphid oder Galliumarsenidphosphid für langwellige Gebiete des sichtbaren Spektrums zum Einsatz kommen können.
Der Lichtsensor 7 kann mit einem Phototransistor FT (Fig. 3) als optoelektrischem Wandler versehen sein. Selbstverständlich müssen der von den Leuchtdioden erzeugte Spektralbereich und der spektrale Empfindlichkeitsbereich des Lichtsensors aufeinander abgestimmt sein.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Speisegeräts 6 und des Verstärkers 8 werden im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 noch beschrieben.
Im vorliegenden Falle wird die Schusspule stets in einer bestimmten oder annähernd bestimmten Stellung in der Bewegungsbahn des Schützens abgetastet. Dies gilt sowohl dann, wenn eine Abtastung während des Schützenfluges, als auch dann, wenn eine Abtastung in einer oder nahe einer der Endstellungen des Schützens in einem Schützenkasten erfolgt. Für das Prinzip der beschriebenen Einrichtung spielen der Ort der Abtastung und die Bewegung des Schützens keine wesentliche Rolle, das huisst, die Abtastung kann sowohl im Fluge als auch nach dem Einlaufen des Schützens in den Schützenkasten erfolgen.
Gegebenenfalls, insbesondere bei mehrschützigen Webmaschinen, ist in bekannter Weise eine Abtastung im Fluge mit einer Triggerung erforderlich, durch welche die Kontrolleinrichtung erst dann in Funktion tritt, wenn der Schützen und mit ihm die Schusspule sich in einer bestimmten, durch die Anordnung des Schusspulenfühlers an der Webmaschine bestimmten Stelle der Flugbahn befindet. Diese an sich bekannte Triggerung soll an dieser Stelle nicht beschrieben werden.
Es sei nun die geometrische Anordnung der Lichtquellen 4, 5 und des Lichtsensors 7 relativ zur Schusspule 1 anhand der Figuren la und lb erläutert.
Gemäss Fig. la befindet sich zu beiden Seiten des Punktes S auf dem Spulenkörper 2 im Moment der Abtastung ein Restwickel 3. In Fig. lb ist im Punkt S als Bezugslinie das Einfalls lot L auf der durch S gehenden Mantellinie des Spulenkörpers 2 gezeichnet.
Die erste Lichtquelle 4 und der Lichtsensor 7 sind so angeordnet, dass ihre optischen Achsen S1 und S3 sich ebenfalls im Punkt S schneiden, zu beiden Seiten des Einfallslots L gleiche Winkel a und d mit dem Einfallslot bilden und in einer durch die Längsachse a der Schusspule gehenden Ebene liegen.
Die zweite Lichtquelle 5 liegt vorzugsweise on oder nahe bei dieser Ebene zwischen der ersten Lichtquelle 4 und dem Einfallslot L; die Einrichtung funktioniert jedoch auch dann, wenn die zweite Lichtquelle 5 auf dem Einfallslot oder auf der anderen Seite des Einfallslots zwischen diesem und dem Lichtsensor 7 angeordnet ist.
Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass bei leerer Spule, das heisst wenn durch die glatte Oberfläche des Spulenkörpers 2 eine überwiegend spiegelnde Reflexion erfolgt, nur das aus der ersten Lichtquelle 4 stammende, in Richtung der optischen Achse S3 eflektierte Licht, nicht aber das aus der zweiten Lichtquelle 5 stammende, in Richtung des Strahls S4 spiegelnd reflektierte Licht zum Lichtsensor 7 gelangt. Die Strahlen S2 und S4 bilden gleiche Winkel ss und 5 zum Einfallslot L.
Andererseits wird, wenn sich noch ein Wickel 3 auf der Spule befindet, das aus den Lichtquellen 4 und 5 stammende Licht an der Oberfläche des Wickels diffus reflektiert, so dass von beiden Lichtquellen stammendes reflektiertes Licht in Richtung der optischen Achse S3 auf den Lichtsensor 7 trifft.
Dieser Unterschied im Reflexionsverhalten des leeren und des bewickelten Spulenkörpers 2 wird nun in Verbindung mit der Arbeitsweise des Speisegeräts 6 und des Verstärkers 7 zur Anzeige des Bewickelungszustandes der Spule ausgenutzt.
Gemäss Fig. 2 ist das Speisegerät 6 als astabiler Multivibrator mit zwei Transistoren T1, T2, Basiswiderständen B1, R2 und Kopplungskondensatoren C1, C2 aufgebaut. An die Kollektoren der Transistoren ist je eine Serienschaltung eines Widerstandes R3 bzw. R4 mit einer der Leuchtdioden L1 bzw.
L2 angeschlossen, die mit ihren Anoden über ein Potentiometer P1 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden sind.
Die Leuchtdioden werden infolge dieser Anordnung in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen abwechselnd und periodisch mit der vom Multivibrator bestimmten Frequenz, zum Beispiel 18 kHz, durch Rechteckimpulse zum Leuchten angeregt, derart, dass sich jedes Leuchtintervall der einen Leuchtdiode lückenlos an ein Leuchtintervall der anderen Leuchtdiode anschliesst. Die den Leuchtdioden zugeführten Speisespannungen werden durch die Einstellung des Potentiometers P1 bestimmt; dadurch kann das Verhältnis der von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtströme innerhalb gewisser Grenzen willkürlich geändert werden.
Fig. 3 zeigt den Aufbau des abgestimmten Verstärkers 8, der an den in Emitterschaltung arbeitenden Phototransistor FT des Lichtsensors 7 (Fig. 1) angeschlossen ist. Die Basis des Phototransistors liegt über den Basiswiderstand R5 und den Schutzwiderstand R6 an positiver Spannung, der Kollektor des Phototransistors ist an den Zwischenpunkt der Widerstände R5 und R6 angeschlossen. Im Emitterkreis sind parallel zueinander eine Induktivität I, ein Kondensator C3 und ein Potentiometer P2 geschaltet, an dessen Abgriff das Wechselspannungs-Ausgangssignal A des Verstärkers abgenommen wird.
Durch entsprechende Bemessung des aus der Induktivität I und dem Kondensator C3 bestehenden Parallelschwingkreises ist der Verstärker auf die Frequenz des Multivibrators 6 abgestimmt.
Angenommen, die Spule 1 trage noch einen Wickel oder Restwickel 3. Wie bereits ausgeführt, fällt in diesem Falle diffus reflektiertes Licht, welches sowohl aus der ersten als auch aus der zweiten Lichtquelle stammt, auf den Lichtsensor 7. Die Einstellung der Lichtsendeeinrichtung wird bei feststehender Spule 1 mit Hilfe des Potentiometers P1, Fig. 2, so ausgeführt, dass die beiden diffus reflektierten Lichtströme aus den Lichtquellen 4 und 5 gleich werden; es entsteht dann im Kollektorkreis des Phototransistors praktisch ein Gleichstromsignal, das über die Induktivität I kurzgeschlossen ist und kein oder nur ein minimales Gleichstrom-Ausgangssignal erzeugt.
Entsprechend wird bei Einfall von Fremdlicht, wie Sonnenlicht, die dadurch entstehende Gleichstromkomponente des vom Lichtsensor erzeugten elektrischen Signals kurzgeschlossen.
Ist nun die Spule 1 leergelaufen, so wird der Phototransistor FT nur von dem aus der ersten Lichtquelle 4 stammenden, am Spulenkörper 2 überwiegend spiegelnd reflektierten Licht getroffen. Da dieses Licht mit der Frequenz 10 kHz gepulst ist, entsteht ein entsprechendes Wechselstromsignal A am Ausgang des Verstärkers 8. Dieses Signal kann in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet und einer Schaltvorrichtung zugeführt werden, die den Austausch der leeren Schusspule gegen eine volle bewirkt.
Der Winkel a kann beispielsweise 60 betragen, der Winkel ss 200. Jedoch ist die Grösse dieser Winkel nicht kritisch; so kann die Grösse von a ohne weiteres erhöht werden, soweit es die räumlichen Verhältnisse zulassen. Da beim Anbau an einer Webmaschine mit Schützen die photoelektrische Einrichtung jedoch nicht beliebig nahe an den abzutastenden Spulenkörper herangebracht werden kann, ist der Wahl des Wertes a eine obere Grenze gesetzt. Ebenfalls ist die Grösse von P nicht kritisch, jedoch soll dieser Winkel deutlich von a verschieden sein, damit im Falle überwiegend spiegelnder Reflexion kein Licht von der zweiten Lichtquelle 5 zum Lichtsensor 7 gelangen kann.
Die Lichtquelle 5 braucht auch nicht in der durch die Strahlen S1 und S3 bestimmten Ebene angeordnet zu sein, da auch bei Anordnung ausserhalb dieser Ebene eine diffuse Reflexion des von dieser Lichtquelle 5 ausgehenden Lichts nach dem Lichtsensor 7 hin erfolgt. Es sollte dabei jedoch die Bedingung eingehalten werden, dass S2 mit S1 und S3 einen gemeinsamen Schnittpunkt S hat, da sonst die beiden Strahlen S1 und S2 nicht ein und dieselbe Stelle des Spulenkörpers 2 abtasten.
Die durch Fig. 1-3 erläuterte Ausführungsform kann in mehrfacher Weise abgeändert werden. So ist es nicht erforderlich, dass die Lichtquellen 4 und 5 in lückenlos aufeinanderfolgenden Zeitintervallen erregt werden; so können die von der einen Lichtquelle 5 ausgehenden Lichtimpulse einer Folgefrequenz f mit Lücken zwischen den von der anderen Lichtquelle 4 ausgehenden Impulsen der gleichen Folgefrequenz f eingeschachtelt sein. In diesem Falle erzeugen die diffus reflektierenden Lichtimpulse allein aus der Lichtquelle 4 ein relativ grosses Wechselstromsignal A der Frequenz f, während bei gleichzeitiger Einwirkung der abgeglichenen Lichtimpulse aus beiden Lichtquellen 4 und 5 der Resonanzkreis des Verstärkers 8 für die mit der doppelten Frequenz 2f eintreffenden Impulse ein weit schwächeres Wchselstromsignal A liefert.
Es ist auch nicht erforderlich, in der anhand der Fig. 1-3 beschriebenen Einrichtung einen Resonanzverstärker oder abgestimmten Verstärker 8 zu verwenden, jedoch ist ein solcher vorteilhaft, da er den genauen gegenseitigen Abgleich der aus den Lichtquellen 4 und 5 stammenden Anteile des diffus reflektierten Lichts erleichtert. Wesentlich ist jedoch, eine genügend grosse Induktivität I bei ausreichend kleinem ohmschen Widerstand vorzusehen, damit bei Einstrahlung von störendem Gleichlicht aus der Umgebung, zum Beispiel Sonnenlicht, das dadurch erzeugte Gleichstrom-Ausgangssignal des Verstärkers 8 über die Induktivität I kurzgeschlossen und eine Übersteuerung durch das Gleichlicht vermieden wird.
Fig. 4 zeigt eine Abtasteinrichtung, die zum Überwachen des Durchgangs einer Kante 15 eines diffus reflektierenden Objekts 13, welches sich auf einem Träger 12 befindet und eine Bewegung in Richtung des Pfeils 14 zu einer Abtaststelle S oder einer durch diesen Punkt gehenden, zur Zeichnungsebene senkrechten Linie ausführt, und zum Auslösen eines Zähl-, Prüf-, Steuer- oder Arbeitsvorganges dienen kann.
Diese Art der Abtastung setzt voraus, dass der Träger 12 und das Objekt 13 sich hinreichend in ihrem Reflexionsverhalten unterscheiden; beim vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass der Träger 12, beispielsweise ein Transportband, eine überwiegend spiegelnde Reflexion und das Objekt 13, beispielsweise ein Stoffstreifen, eine überwiegend diffuse Reflexion aufweisen.
Die Teile 4-8 dieser Einrichtung können ebenso ausgebildet sein wie die entsprechenden, in Fig. 1 dargestellten Teile, jedoch sind die Lichtquellen 4, 5 und der Lichtsensor 7 anders angeordnet, wobei die optische Achse S2 der zweiten Lichtquelle 5 mit dem Einfallslot im Punkte S zusammenfällt und die optischen Achsen S1 und S3 symmetrisch und unter einem kleineren Winkel zu S2 angeordnet sind.
Es sei zunächst angenommen, die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung diene als Zählvorrichtung zum Ermitteln der Anzahl von Objekten 13, welche die Abtaststelle S in Richtung des Pfeils 14 passieren. Zusätzlich sind zu diesem Zweck gemäss Fig. 4 an den Ausgang des abgestimmten Verstärkers 3 in Serie ein Demodulator 9, ein Impulsformer 10, zum Beispiel ein Univibrator, und ein Zählwerk 11 angeschlossen.
Die Einrichtung wird zunächst bei fehlendem Objekt 13 so eingestellt, dass von der Oberfläche des Trägers 12 ein möglichst grosser Anteil des aus dem Strahl S3 stammenden Lichts zum Lichtsensor 7 reflektiert wird, so dass ein möglichst grosses Wechselspannungssignal (8) am Ausgang des Verstärkers 8 erscheint. Darauf wird ein diffus reflektierendes Objekt 13 in die Abtaststellung bei S gebracht. Es erfolgt nun entsprechend wie im Zusammenhang mit Fig. 1-3 beschrieben die Einstellung des Speisegeräts 6 derart, dass das Wechselspannungssignal (8) möglichst klein wird; damit ist die Einstellung beendet.
Nunmehr kann die Zählung von Objekten 13 bei laufendem Träger 12 erfolgen, der sich in Richtung des Pfeils 14 bewegt.
Solange sich im Punkt S die freie Oberfläche des Trägers 12 befindet, tritt ein Wechselspannungssignal (3), Fig. 5, mit der vom Speisegerät 6 erzeugten Frequenz auf. Beim Durchgang der Kante 15 des Objekts 13 durch die Abtaststelle bei S wird das Wechselspannungssignal (8) unterbrochen. Im Demodulator 9 wird das Wechselspannungssignal demoduliert, wobei ein Gleichspannungs-Sprungsignal (9) mit abfallender Flanke entsteht. Das Sprungsignal (8) wird im Impulsformer 10 in einen Rechteck-Zählimpuls (10) umgeformt, welcher dem Zählwerk 11 zugeleitet wird.
In einer abgewandelten Form kann die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung als Prüf- und Steuereinrichtung für die Lage der Kante 15 einer Stoffbahn 13 dienen, die sich mit dem Träger 12 in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene bewegt. In diesem Fall wird als Impulsformer 10 zweckmässig ein Schmitt-Trigger vorgesehen, während das Zählwerk 11 durch eine Steuervorrichtung ersetzt wird, die auf einen steuerbaren Mechanismus (nicht dargestellt) zur Regulierung der seitlichen Lage des Trägers 12 oder der Stoffbahn 13 relativ zur Abtaststelle S einwirkt. Der Schmitt-Trigger 10 liefert jedesmal, wenn die Kante 15 in der einen oder anderen Richtung die Abtaststelle S passiert, ein Sprungsignal mit ansteigender bzw.
abfallender Flanke, welches die Steuervorrichtung 11 zum Ausführen einer Bewegung in Richtung des Pfeils 14 bzw. in entgegengesetzter Richtung auslöst.