CH651660A5

CH651660A5 - Verfahren und einrichtung zur fotoelektrischen messung von bewegten fadenfoermigen materialien.

Info

Publication number: CH651660A5
Application number: CH1078/81A
Authority: CH
Inventors: Hermann Schwartz
Original assignee: Peyer Siegfried
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1985-09-30
Also published as: US4436427A; JPS57153204A; DE3114055C2; DE3114055A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur fotoelektrischen Messung des Durchmessers von bewegten , fadenförmigen Materialien mittels pulsierendem und einen Messspalt durchquerendem Messlicht. Dieses fadenförmige Material kann ein Faden für die textile Anwendung sein. Gemessen wird vorzugsweise die Abweichung vom Nenndurchmesser des fadenförmigen Materials.

Bei der Herstellung von Garnen und ähnlichen fadenförmigen Materialien werden diese Materialien meist kontinuierlich auf den erzeugten oder schon vorher vorhandenen Durchmesser bzw. auf die Fadendicke kontrolliert und bei Feststellen unzulässiger Abweichungen vom geforderten Durchmessr wird in den Herstellungsprozess eingegriffen. Diese Abweichungen können kleine Bereiche des Fadens, d. h. kurze Längen betreffen, beispielsweise knotenartige Gebilde, wie sie beim Spinnen texti-ler Fäden auftreten, oder sich auch über grössere Bereiche oder Längen erstrecken, wie dies in der Herstellung metallischer Fäden vorkommt. Um diese fehlerhaften Abweichungen möglichst frühzeitig, bevor grössere Längen fehlerhaftes Material hergestellt werden, zu erfassen, muss die überwachende Einrichtung kurze, transiente Abweichungen ebenso sicher erkennen können, wie auch langsame, trendhafte Abweichungen schon zu deren Beginn.

So kontrolliert beispielsweise ein elektronischer Garnreiniger den von einer Spule ablaufenden Faden kontinuierlich darauf, ob der erzeugte Garndurchmesser vom Soll-Durchmesserwert abweicht und bei einer unzulässigen Abweichung wird eine Trennvorrichtung betätigt, um den Faden zu durchschneiden. Beim anschliessenden Knotvorgang kann dann die defekte Stelle aus dem Garn entfernt werden. Hierbei ist es bei dieser Überwachung wichtig, das bewegte, also durchlaufende Garn berührungslos zu messen und ein dem Fadendurchmesser exakt proportionales elektrisches Signal zu gewinnen.

Die praktische Ausführung einer geeigneten Messeinrichtung weist daher, jedoch nicht zwangsweise, eine Lichtquelle und ein in möglichst geringem Abstand angeordnetes Fotoelement auf. Ein im zentralen Bereich dieser Messanordnung durchlaufender 5 Faden verringert entsprechend seinem Durchmesser die auf das Fotoelement fallende Lichtmenge und damit proportional die vom Fotoelement abgegebene Spannung bzw. Strom. Diese vom Fadendurchmesser verursachte Änderung im Verhalten des Fotoelements wird als Fadensignal für die weitere Signalauswer-10 tung mit bekannten Mitteln auf die geeignete Signalhöhe verstärkt.

Bei Verwendung einer Konstantlichtquelle, beispielsweise eine Glühlampe, treten durch das auf das Fotoelement fallende Umgebungslicht, aber auch durch die kaum vermeidbaren 100 15 bzw. 120 Hz Anteile der elektrischen Raumbeleuchtung, erhebliche Störungen des Fadensignals auf. Daher werden als Lichtquelle vorzugsweise nur noch Halbleiterlichtquellen (LED) verwendet, welche sich mit elektrischen Impulsen von verhältnismässig hoher Frequenz betreiben lassen.

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Um bei schnellem Fadenlauf auch Unregelmässigkeiten im Durchmesser über kurze Längen noch auflösen zu können, sind Pulsfrequenzen in der Grössenordnung von 100 kHz schon gebräuchlich. Eine solche Pulsfrequenz, als Träger des Fadensi-25 gnals, lässt sich durch ein Filter mit Hochpasscharakteristik im nachfolgenden Verstärker weitgehend frei von den geschilderten Umwelteinflüssen übertragen.

Da normale Hochpassfilter eine relativ grosse Bandbreite aufweisen, können störende Umwelteinflüsse mit entsprechend 30 hochfrequenten Anteilen weiterhin zu Störungen des Fadensignals führen. Solche Störungen stammen beispielsweise aus Lichtquellen und zwar von den in den meisten Fällen zur Raumbeleuchtung verwendeten Leuchtstoffröhren oder auch anderen Gasentladungslampen. Diese Art Beleuchtung löscht 35 bekanntlich bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung und zündet wieder bei einem gewissen Spannungswert der folgenden Halbwelle. Im Moment der erneuten Zündung erfolgt ein sehr schneller Anstieg der Lichtintensität, so dass der différentielle Anteil der auf dem Fotoempfänger eingestreuten Raumbeleuch-40 tung trotz Verwendung eines Hochpassfilters das Fadensignal mit Impulsen von 100 bzw. 120 Hz überlagern kann. Ebenso kann die vom Schalten von elektrischen Einrichtungen ausgehende induktive Einstreuung auf Zuleitungen und Bauelemente eine weitère hochfrequente Störquelle sein.

45 Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung des Durchmessers von fadenförmigen Materialien zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist und die trotz hoher Ansprechempfindlichkeit auf transiente oder systematische Abweichungen im Durchmesser des gemessenen Fadenma-50 terials auf Störeinflüsse, insbesondere optischer Art, unempfindlich ist.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens so zu schaffen, dass sie auch mit einem geringen Schaltungsaufwand ausgebildet werden 55 kann.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszulegen, dass sie in miniaturisierter Form auch als integrierte Schaltung realisiert werden kann.

60 Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Kombination von Verfahrensschritten und die im Patentanspruch 2 angegebene Kombination von Einrichtungsmerkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Einrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 3 bis 6.

65 Die Erfindung wird nun mit Hilfe der nachfolgend aufgeführten Figuren eingehend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung;

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Fig. 2 ein anderes elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäs- Die vom Resonanzkreis 2,3 kommende hochfrequente Wech-sen Einrichtung. selspannung wird über den Verstärker 4 auf eine geeignete

Eine weitaus bessere Unterdrückung von Umwelteinflüssen Signalhöhe verstärkt. Vom Ausgang des Verstärkers 4 gelangt kann erreicht werden, wenn anstelle eines Hochpasses die Mess- die Wechselspannung an den Eingang eines schnellen Schalters einrichtung einen Resonanzkreis als Filter enthält. Hat der 5 5, welcher die sinusförmige Spannung in Rechteckimpulse

Resonanzkreis eine hohe Güte (Q), so wird die Durchlassband- umformt. Der Schalter 5 kann ein geeigneter Komparator mit breite sehr schmal und trägt gleichzeitig auch zur Signalerhöhung offenem Kollektorausgang, beispielsweise ein Baustein LM 311 bei. Dies setzt aber voraus, dass einerseits die Pulsfrequenz der von Motorola sein. Die aus der Wechselspannung abgeleiteten Lichtquelle und auf der Lichtempfangsseite der Resonanzkreis Impulse mit gleicher Frequenz gelangen dann über den strombe-sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen und andererseits 10 grenzenden Widerstand 6 an die Halbleiterlichtquelle 1, beimüssen beide eine hohe Langzeitstabilität aufweisen, was spielsweise eine Leuchtdiode LED und von hier als Lichtpulse bekanntlich nur schwer erreichbar ist. Dabei ist nicht die absolute über das Fotoelement 2 an den Resonanzkreis 2, 3 zurück, Frequenz massgebend, sondern die genaue und stabile Überein- welcher die Signale des Fotoelements wieder in eine sinusförmige Stimmung der Pulsfrequenz der Lichtquelle und dem als Filter Spannung umwandelt.

dienenden Resonanzkreis. Dieses Problem wird dadurch gelöst, 15 Am Ausgang des Verstärkers 4 befindet sich noch eine gleich-dass der Resonanzkreis sowohl als Filter des Lichtempfängers richtende Diode 7 und Filtermittel 8,10,9 für die hochfrequente wie auch als Frequenznormal des Lichtsenders dient. Diese Wechselspannung, so dass am Punkt U0 die dem hochfrequenten

Massnahme ist in Fig. 1 dargestellt. Träger überlagerten Fadensignale abgenommen und ausgewer-

Das wegen seiner grossen lichtempfindlichen Fläche Vorzugs- tet werden können.

weise verwendete Fotoelement weist durch seine Bauart bedingt 20 Bei einem vorgegebenen Wert der Induktivität 3 kann durch intern eine grosse Kapazität auf, d. h. parallel zu seinen Abweichungen der Kapazität des Fotoelementes 2, dies beson-

Anschlüssen liegt, virtuell gesehen, ein relativ grosser Kondensa- ders beim Austausch des Fotoelementes gegen eines von anderer tor vor, der in Abhängigkeit von Grösse und Herstellungsprozess Grösse, die gewünschte Frequenz eine zu grosse Abweichung des Fotoelementes bis zu einigen tausend Picofarad betragen erfahren. Um die geforderte Resonanzfrequenz frei von den kann. Dies ergibt bei der Übertragung von hochfrequenten 25 Einflüssen des Fotoelementes 2zu machen, zeigt Fig. 2 eine Impulsen erhebliche Probleme, die nur durch einen sehr niedri- weitere geeignete Ausführungsform des Schaltkreises.

gen Wert des Anschlusswiderstandes eliminiert werden können. Zwischen Fotoelement 2 und dem aus der Serieschaltung von Ist dies ein normaler passiver Widerstand, so kommt es durch die Kondensator 12 und Induktivität 3 gebildeten Resonanzkreis ist Last zu grossen Signalverlusten ; es sollten daher Massnahmen ein invertierender Verstärker 4 eingefügt, auf dessen Eingang getroffen werden, die den Strom des Fotoelementes weitgehend 30 das Signal aus dem Fotoelement 2 geführt wird. Ein Rückkoppaktiv nutzen. lungswiderstand 11 wird so bemessen, dass der Verstärker stark Es zeigen die Fig. 1 und 2 anwendungsfreie Beispiele, die unter gegengekoppelt ist und dadurch der Eingang sowie der Ausgang anderem eine grosse Einfachheit bezüglich des Schaltungsauf- ejne niedrige dynamische Impedanz aufweisen. Vom Resonanz-wandes zeigen. ^ kreis wird das Signal wiederum über den Impulsformer 5 auf die

In Fig. 1 wird dem Fotoelement 2 eine passende Induktivität 3 Lichtquelle 1 zurückgeführt, zur Erzeugung der korrelierten parallel geschaltet, so dass aus der Kapazität vom Fotoelement 2 Messlicht-Pulse sowie über die gleichrichtende Diode 7 und über und Induktivität 3 ein Resonanzkreis der gewünschten Frequenz die schon erwähnten Filtermittel 8,9,10 auf den Ausgang gebildet wird. Durch die Einbeziehung der Kapazität des Foto- geführt. Die dort anstehende Ausgangsgrösse U0 wird entspre-elementes 2 in den Resonanzkreis ergibt sich, aufgrund des chend weiterverwertet.

besonderen Stromflusses im Kreis selbst, eine optimale und Die als Filter wirkende Resonanzkreise können auch mit nahezu verlustfreie Anpassung des Fotoelementes 2. In Abhän- aktiven Bauelementen ausgeführt werden. Beispielsweise wird gigkeit der Kreisgüte Q wird die vom Resonanzkreis abgegebene die benötigte Induktivität mit einer Transformationsschaltung Signalspannung zudem wesentlich erhöht, so dass die Lichtquelle simuliert; dazu eignet sich ein entsprechender Gyrator besonders 1 mit relativ kleiner Leistung auskommt. 45 gut.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

651 660 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur fotoelektrischen Messung des Durchmessers von bewegten, fadenförmigen Materialien mittels pulsierendem und einen Messspalt durchquerendem Messlicht, gekennzeichnet durch die Steuerung der Pulsfrequenz der Messlichtquelle durch elektrische Impulse, die vom Ausgangssignal eines vom Messlichtempfänger angeregten Resonanzkreises abgeleitet sind.

2. Einrichtung zur Durchführung dès Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtpulse sendende Lichtquelle (1) und einen Lichtempfänger (2), zwischen denen ein vom Messlicht durchquerter Messspalt angeordnet ist, einen von den Ausgangssignalen des Lichtempfängers angeregten Resonanzkreis (2,3), und eine den Ausgang des Resonanzkreises mit der Lichtquelle verbindende Schaltung (5,6) zur Rückführung der von den Ausgangssignalen des Lichtempfängers angeregten Signale des Resonanzkreises auf die Lichtquelle zum Zwecke der Frequenzverriegelung zwischen den Lichtpulsen und dem Resonanzkreis.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die genannte Schaltung einen Impulsformer (5) umfasst.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Resonanzkreis mindestens die Kapazität des Lichtempfängers (2) und eine Induktivität (3) umfasst.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der Resonanzkreis in Reihenschaltung den Lichtempfänger (2), die Induktivität (3), einen Kondensator (12) und eine Anpassungsschaltung (4,11) umfasst.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die Induktivität (3) aus aktiven Bauelementen besteht.