CH638306A5 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen messen der querdimension eines laengsbewegten fadenartigen gebildes. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Querdimension eines längsbewegten fadenartigen Gebildes, insbesondere eines an einer Textilmaschine laufenden Garns, mit Hilfe eines linearen Arrays lichtempfindlicher Sensoren.

Die erfindungsgemässe Messvorrichtung hat unter anderem Bedeutung für die Erfassung und Beseitigung von Garnfehlern mit Hilfe elektronischer Garnreiniger.

Vorrichtungen zur Aufnahme verschiedener veränderlicher Vorgänge mit Hilfe linearer oder zweidimensionaler Arrays von optoelektrischen Sensoren sind bekannt. So ist in der DE-PS 1 216 589 eine Anordnung zum maschinellen Erkennen von Zeichen beschrieben, die sich mit konstanter Geschwindigkeit an einer Abtastzone vorbeibewegen, wobei der in dieser Abtastzone auftretende Informationsinhalt einer Speichermatrix zugeführt wird. Die Abtastung der Zeichen erfolgt dabei durch eine Doppelreihe von Photosensoren, wobei die Sensoren der einen Reihe auf Lücke zu denen der anderen Reihe stehen, um eine lückenlose Abtastung der Zeichen zu gewährleisten. Die Verarbeitung der von den Sensoren bei einem Abtasttakt gelieferten binären Signale erfolgt in 5 paralleler Form. Jedes Zeichen wird in der Leserichtung in ifünf aufeinanderfolgenden Abtasttakten gelesen, wobei die in jedem Takt gewonnenen binären Signale in jeweils einer von fünf Speicherreihen abgespeichert werden. Jede Speicherreihe umfasst eine Anzahl von Speichergliedern, die grösser ist als ìodie Zahl der Sensoren.

Die Abtastung eines Objekts mit Hilfe eines Arrays von lichtempfindlichen Sensoren hat bisher noch keinen Eingang in die Technik der Messung laufender Garne, Fäden, Vorgespinste usw. in der Textiltechnik gefunden, obwohl sie hier ge-i5 wisse Vorteile bietet. So bereitet bei den konventionellen optoelektrischen Messvorrichtungen, die z.B. in optoelektronischen Garnreinigern eingesetzt werden, die laufende Erfassung der Querdimension des Garns erhebliche Schwierigkeiten dadurch, dass die vom Sensor gelieferten Messsignale 20 stets das bei leerem Messfeld vorhandene Grundsignal überlagert mit dem relativ kleinen Garnsignal enthalten, das die Querdimension repräsentiert. Alle Änderungen des Grundsignals infolge Alterung der Bauelemente und insbesondere Verschmutzung der Optik gehen also auch in das Garnsignal 25 ein. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, im Betrieb, insbesondere bei der Garnreinigung in der Spulerei, diese unerwünschten Änderungen dauernd zu kompensieren oder zu eliminieren. Insbesondere schafft eine ungleichmässige Verschmutzung der Optik ein Problem, das bisher überhaupt 30 noch nicht bearbeitet, geschweige denn gelöst worden ist.

Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung auf der Grundlage einer digitalen Abtastung des Garns zu schaffen, bei der-insbesondere bei ungleichmässiger Verschmutzung des Mess-35 felds - das Grundsignal und damit auch dessen die Messung fälschenden Änderungen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 + 2 definierten Merkmale gelöst.

Als Querdimension des fadenartigen Gebildes soll im vor-40 liegenden Zusammenhang der Durchmesser, die Querschnittfläche und allgemein die beim Abtastvorgang erfasste Mess-grösse verstanden werden.

Beim normalen Betrieb einer Textilmaschine, insbesondere einer automatischen Garnspulmaschine, treten z.B. wäh-45 rend des Wechsels der Ablaufspule oder nach Trennschnitten zur Beseitigung von Garnfehlern stets Stillstände ein, in denen sich kein Garn im Messfeld befindet. Diese Zeitintervalle werden durch die erfindungsgemässe Messvorrichtung ohne Störung des normalen Betriebs zur Aufnahme und Speiche-50rung des Grundsignals bei leerem Messfeld genutzt. Nach Einlegen des Garns in das Messfeld und Anlaufen der Spulvorrichtung wird vom Array laufend das Grundsignal mit dem überlagerten Garnsignal gemessen; unmittelbar nach dem Einlegen des Garns wird aus diesem kombinierten Mes-55 signal durch Subtraktion des vorangehenden Grundsignals das bereinigte Garnsignal erhalten. Im weiteren Verlauf des Spulprozesses folgt dieses bereinigte Garnsignal allen Änderungen des Garndurchmessers.

60 Im folgenden speziellen Teil der Beschreibung wird die serielle Verarbeitung der von einem Array von Photosensoren gelieferten digitalen Signale erläutert. Der Ausdruck «binär» bezieht sich dabei auf die von einem einzelnen Sensor gelieferten Signale, der Ausdruck «digital» auf ein die Gesamtheit 65 der binären Signale repräsentierendes serielles Signal.

Im folgenden werden das erfindungsgemässe Messverfahren und Ausführungsbeispiele der erfmdungsgemässen Messvorrichtung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Beispiel der Messvorrichtung im Blockschaltbild,

Fig. 2 ein Signalschema zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Messvorrichtung, und

Fig. 3 ein zweites Beispiel der Messvorrichtung im Blockschaltbild.

In Fig. 1 befindet sich das im Querschnitt angedeutete Garn G im Messfeld vor dem Array 1. Die Lichtquelle ist nicht dargestellt, doch wird parallel gerichtetes Licht zur Abtastung des Garns G vorausgesetzt.

An das Array 1 ist eine Serienschaltung einer Abfragevorrichtung 2, einer Verzögerungsvorrichtung 5, einer den Absolutwert der Differenz bildenden logischen Schaltung 6 und einer Speichervorrichtung angeschlossen, die aus einem Vor-wiirts-Rückwärts-Impulszähler 7 und einem UND-Glied 8 zur Steuerung der Zählrichtung besteht. Ausserdem umfasst die Messvorrichtung einen Taktgeber 3 und einen Zyklusimpulsgeber 4, die gemeinsam Takt- und Zyklusimpulse für die Abfragevorrichtung 2 und die Verzögerungsvorrichtung 5 liefern.

Das Array 1 enthält eine Reihe von beispielsweise 128 Photosensoren, die sich in einer Linie quer zur Längsrichtung des Garns erstrecken. Das Array 1 kann mit der Abfragevorrichtung 2 in einer Baueinheit, auch Chip genannt, integriert sein. Integrierte lineare Arrays dieser Art, die bis zu 1024 Photodioden und MOS-Schalter und ein Schieberegister als Abfragevorrichtung enthalten, werden von der Reticon Corp., Mountain View, Cal. USA hergestellt.

Sowohl die Abfragevorrichtung 2 als auch die Verzögerungsvorrichtung 5 können als Schieberegister mit je 128 Speicherplätzen ausgebildet sein.

Der Taktgeber 3 und der Zyklusimpulsgeber 4 bestimmen die Frequenz der Taktimpulse (Schiebetakte) und die Dauer der Abtastzyklen. Im vorliegenden Falle umfasst jeder Abtastzyklus einen Startimpuls, 128 Taktimpulse und einen Stoppimpuls. Innerhalb eines jeden Abtastzyklus werden alle Sensoren des Arrays 1 seriell abgefragt, und es wird die in jedem der Schieberegister 2 und 5 enthaltene Information in Form einer Impulsfolge an den seriellen Ausgang des Schieberegisters gegeben. Die am Ausgang des zweiten Schieberegisters 5 erscheinenden seriellen Signale sind gegenüber den am Ausgang des ersten Schieberegisters 2 auftretenden Abtastsi-gnalen um eine Zyklusdauer verzögert.

Die beiden Ausgangssignale der Schieberegister 2 und 5 werden den beiden Eingängen der logischen Schaltung 6 zugeführt, die ein serielles Signal bildet, das den Absolutwert der Differenz aus den Ausgangssignalen dieser Schieberegister bildet. Gemäss Fig. 1 ist die logische Schaltung 6 als Exklu-siv-ODER-Glied ausgebildet.

Die Zählvorrichtung 7,8 ist so ausgelegt, dass der Zähler 7 nur dann auf Vorwärtszählung eingestellt ist, wenn das UND-Glied 8 ein positives Ausgangssignal liefert, im andern Falle aber nur rückwärts zählen kann.

In Fig. 2 ist in jeder der Zeilen I bis VI der Signalzustand am Ausgang des ersten und zweiten Schieberegisters 2 und 5, der logischen Schaltung 6 und im Zähler 7 innerhalb eines Abtastzyklus dargestellt, ferner noch unter ZR die jeweilige Zählrichtung. Die aus dicht aufeinanderfolgenden Impulsen bestehenden seriellen Ausgangssignale der genannten Schaltglieder 2,5,6 und die in den Zähler 7 eingespeicherten Impulse sind im Hinblick auf den gedrängten Zeitmassstab lediglich durch Wiedergabe der Hüllkurven der einzelnen zusammenhängenden Impulszüge dargestellt. Jede Impulsfolge, kurz Signal genannt, in der ersten und zweiten Spalte unter 2 und 5 gibt eine Helligkeitsverteilung im Messfeld quer zum Garnlauf wieder.

Zeile I zeigt den Zustand bei leerem Messfeld, das heisst wenn kein Garn vorhanden ist. Die digitalen Signale unter 2

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und 5 haben hier gleiche Form, und zwar zeigen die binären EINS-Signale eine helle Zone in der Mitte des Messfelds und die binären NULL-Signale dunkle Zonen an den beiden Rändern des Messfelds an. Dies entspricht der Annahme, dass die 5 Ränder des Messfelds durch Verschmutzung abgedeckt sind, während der dazwischen liegende breite mittlere Teil des Messfelds transparent oder hell ist. Hier entsteht am Ausgang der logischen Schaltung 6 ein digitales NULL-Signal, entsprechend der Differenz der identischen digitalen Signale un-lo ter 2 und 5. Das heisst, dass bei leerem Messfeld das durch Verschmutzung modifizierte Grundsignal vollständig eliminiert wird. Der anfängliche Zählerstand NULL bleibt erhalten.

Zeile II zeigt den Zustand der Signale unmittelbar nach 15 dem Einführen eines Garns in das Messfeld. Man erkennt in der Mitte des direkten Abtastsignals unter 2 eine durch das Garn hervorgerufene Dunkelzone. Das aus dem vorangehenden Abtastzyklus stammende digitale Signal unter 5 entspricht dem leeren Messfeld. Unter 6 erscheint das hier posi-2otive Differenzsignal der beiden vorangehenden Signale, welches den Garndurchmesser repräsentiert. Die Zählrichtung ist positiv, d.h. vorwärts, da das Ausgangssignal des UND-Glieds 8 gleichzeitig mit dem Differenzsignal unter 6 positiv ist. Infolgedessen wird das letztere im Impulszähler 7 vor-25 wärts eingezählt.

In Zeile III sind die im nächsten Zyklus auftretenden digitalen Signale dargestellt. Das Garnabtastsignal aus Zeile II, 2 erscheint jetzt verzögert am Ausgang des zweiten Schieberegisters 5, so dass dieses verzögerte Signal identisch ist mit dem 30 unverzögerten Ausgangssignal des ersten Schieberegisters 2. Demgemäss wird das Differenzsignal unter 6 gleich NULL, und der Impulszähler 7 bleibt unverändert.

Zeile IV zeigt den Zustand der Signale im ersten Zyklus nach dem Einlaufen eines Garnabschnitts grösseren Durch-35 messers in das Messfeld. Man erkennt im direkten Abtastsignal unter 2 eine verbreiterte Dunkelzone, während unter 5 noch das unveränderte Abtastsignal aus dem vorangehenden Zyklus vorliegt. Die Differenz beider Signale unter 6 ist positiv in dem Signalabschnitt, der dem Zuwachs des Durchmes-40 sers des Garns entspricht, und gleichzeitig ist das Ausgangssignal des UND-Glieds 8 positiv. Demgemäss werden die den Zuwachs des Durchmessers anzeigenden positiven Impulse unter 6 vorwärts in den Zähler 7 eingezählt, dessen Anzeige dann den neuen, grösseren Garndurchmesser angibt. 45 Zeile V zeigt wieder Identität des unverzögerten Signals unter 2 und des verzögerten Signals unter 5; in diesem Zyklus befindet sich also der verdickte Garnabschnitt noch im Messfeld. Entsprechend wie beim Signalzustand in Zeile III wird der Zählerstand nicht geändert.

50 Der nächste Zyklus zeigt in Zeile VI unter 2, dass der Garnabschnitt im Messfeld wieder den ursprünglichen Durchmesser wie in Zeile II und III angenommen hat. Unter 5 erscheint noch das der Verdickung entsprechende Signal, und das absolute Differenzsignal unter 6 (die Differenz der Si-55 gnale 5 und 2 ist hier negativ) repräsentiert die Abnahme des Durchmessers. Da das Ausgangssignal des UND-Gliedes 8 NULL ist, werden die Impulse des Signals unter 6, welche die Abnahme des Durchmessers repräsentieren, rückwärts in den Impulszähler 7 eingezählt, so dass dieser wieder den ur-60 sprünglichen Durchmesser des Garns anzeigt.

Die in Fig. 3 dargestellte Messvorrichtung zeigt hinsichtlich der Komponenten 1 bis 6 dieselbe Anordnung wie die in Fig. 1 dargestellte Messvorrichtung. Anstelle der Zählvorrichtung 7,8 sind jedoch hier an die differenzbildende logi-65 sehe Schaltung 6 in Serie über den einen Eingang eines Exklu-siv-ODER-Glieds 9 und dessen Ausgang ein drittes Schieberegister 10 und ein Auswertekreis 11 angeschlossen. Am zweiten Eingang des Exklusiv-ODER-Glieds 9 liegt das Aus

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gangssignal des Schieberegisters 10 an. Das dritte Schieberegister 10 wird wieder durch den Taktgeber 3 und den Zyklusimpuls 4 synchron mit den Schieberegistern 2 und 5 gesteuert. Exklusiv-ODER-Glied 9 und Schieberegister 10 bilden eine Speichervorrichtung.

Diese Speichervorrichtung 9,10 hat eine ähnliche Funktion wie die Zählvorrichtung 7,8 aus Fig. 1, indem sie an ihren Ausgang ein serielles Signal liefert, welches den jeweiligen Durchmesser des Garns repräsentiert. Im Auswertekreis 11 wird das digitale Ausgangssignal des dritten Schieberegisters 10 entweder in digitaler Form weiterverarbeitet oder durch einen Digital-Analogwandler in ein analoges Signal umgeformt und als solches weiterverarbeitet.

Es ist auch möglich, das Verzögerungsglied oder Schieberegister 5 so zu dimensionieren, dass die Verzögerung mehrere Zyklusdauern beträgt.

Gemäss dem ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungs-5 beispiel wird das digitale Ausgangssignal der differenzbildenden logischen Schaltung 6 direkt einer Anzeigevorrichtung zugeführt, die laufend die Grösse des Garndurchmessers in digitaler Form anzeigt. Die Messvorrichtung gemäss Fig. 3 kann auch als Teil eines elektronischen Garnreinigers konzi-îopiert sein; in diesem Falle kann das Durchmessersignal nach Umwandlung in ein analoges Signal in an sich bekannter Weise ausgewertet werden, um unerwünschte Dünnstellen und/oder Dickstellen im Garn zu ermitteln und auszuschneiden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

638 306 PATENTAN SPRÜCHE

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen der Querdimension eines längsbewegten fadenartigen Gebildes mit Hilfe eines sich quer zur Längsrichtung des Gebildes erstreckenden Arrays (1) lichtempfindlicher Sensoren, deren Signalzustand die Verteilung des auf die Sensoren treffenden Lichts längs des Arrays ( 1 ) in digitaler Form repräsentiert, dadurch gekennzeichnet. dass

- durch Abfragen des Signalzustands des Arrays (1) in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein serielles Abfragesignal erzeugt wird;

- das Abfragesignal um eine ganze Zahl n > 1 von Zyklusdauern verzögert wird;

- aus dem verzögerten und dem nicht verzögerten Abfragesignal ein digitales Differenzsignal gebildet wird, welches die jeweilige Änderung der Querdimension während der Verzögerung repräsentiert; und

- durch Speicherung aufeinanderfolgender Differenzsignale ein die momentane Querdimension repräsentierendes Signal erzeugt wird.

2. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere zum Messen einer Querdimension eines an einer Textilmaschine laufenden Garns, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- ein sich quer zur Laufrichtung des fadenartigen Gebildes erstreckendes Array (1) lichtempfindlicher Sensoren zur Erzeugung einer Reihe binärer Signale;

- eine an das Array (1) angeschlossene Vorrichtung (2,3, 4) zum Abfragen des Signalzustands der Sensoren und Erzeugen eines seriellen Abfragesignals jeweils in aufeinanderfolgenden Zyklen;

- eine Vorrichtung (5) zum Verzögern der seriellen Abfragesignale um eine Zyklusdauer;

- eine logische Schaltung (6) zum Bilden eines absoluten Differenzsignals aus den verzögerten und nicht verzögerten seriellen Abfragesignalen; und

- eine Vorrichtung zum Speichern (7,8; 9,10) der innerhalb einer Zyklusdauer auftretenden binären Signale.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (7,8) als Zähler ausgebildet ist.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (9,10) eine Serienschaltung eines Exklusiv-ODER-Glieds (9) und eines Schieberegisters (10) umfasst, wobei der eine Eingang des Exklusiv-ODER-Glieds (9) an den Ausgang der logischen Schaltung (6) und der andere Eingang des Exklusiv-ODER-Glieds (9) an den Ausgang der Speichervorrichtung (9,10) angeschlossen ist.