CH675133A5

CH675133A5 -

Info

Publication number: CH675133A5
Application number: CH2565/87A
Authority: CH
Inventors: Hans Dr Wampfler
Original assignee: Zellweger Uster Ag
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1987-07-06
Publication date: 1990-08-31
Also published as: JPH02500117A; US5030841A; WO1989000215A1; EP0322430A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Drehung eines laufenden, langgestreckten Prüfkörpers, wie beispielsweise eines Garnes oder eines Drahtseiles, durch Abtastung von dessen Oberfläche und Analyse des daraus gewonnenen Abtastsignals.

Bei einem aus der EP-B 118 466 bekannten Verfahren dieser Art erfolgt die Abtastung der Oberfläche des Prüfkörpers mechanisch durch eine Schneide, deren eine Kante in Berührung mit dem Prüfkörper steht. Durch die Bewegung des Prüfkörpers wird auf die Schneide eine Schwingung übertragen, deren Frequenz eine Funktion der zu bestimmenden Drehung ist. Abgesehen davon, dass dieses Verfahren relativ träge und bezüglich der Qualität der Messergebnisse nicht unproblematisch ist, weil nämlich immer ein Kompromiss zwischen Trägheit und Empfindlichkeit gesucht werden muss, ist auch die mechanische Beanspruchung des Prüfkörpers durch die Schneide nachteilig.

Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden, welches eine möglichst schnelle und genaue Messung der Drehung bei maximaler Schonung des Prüfkörpers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Abtastung auf optischem Weg erfolgt, dass das Abtastsignal auf von durch die Drehung im Prüfkörper enthaltenen Unregelmässigkeiten verursachte Periodizitäten untersucht, und dass aus der Wellenlänge oder aus der Frequenz dieser Periodizitäten die Drehung abgeleitet wird.

Die Erfindung geht also von der neuen Erkenntnis aus, dass die Drehung von Garnen und dergleichen zur Einbindung von Unregelmässigkeiten führt, die wegen der Drehung periodisch auftreten. Wenn die Oberfläche eines laufenden Prüfkörpers auf derartige Periodizitäten untersucht wird, dann kann aus diesen die Drehung bestimmt werden. Das erfindungsgemässe optische Verfahren ist praktisch trägheitslos, äusserst genau und beansprucht ausserdem den Prüfkörper nicht.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Diese ist gekennzeichnet durch mindestens eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Prüfkörpers, eine Blende, eine Optik zur Abbildung des vom Prüfkörper reflektierten Lichtes auf diese Blende, mindestens einen im Strahlengang nach der Blende angeordneten Fotoempfänger und eine diesem zugeordnete Auswerteinheit.

Im folgenden wird die Erfindung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, und

Fig. 2, 3 Diagramme zur Funktionserläuterung.

In Fig. 1 ist ein Stück eines Garns G dargestellt, weiches durch nicht gezeigte Führungs- und Transportmittel in Richtung des Pfeiles P durch eine Vorrichtung zur Messung der Garndrehung gefördert wird. Diese Messvorrichtung enthält darsteilungs-gemäss zwei Lichtquellen 1, 1' zur Beleuchtung des Garns G mit je einem Strahlenbündel L, L', eine Blende 2, auf welche das vom Garn reflektierte Strahlenbündel R abgebildet wird, einen im Strahlengang nach der Blende angeordneten Fotoempfänger 3 und eine diesem zugeordnete Auswerteeinheit 4. Im Strahlengang der beiden Strahlenbündel L, L' und des reflektierten Strahlenbündels R ist je eine entsprechende Optik 5, 5' bzw. 6 vorgesehen. Eine weitere Linse 7 befindet sich zwischen Blende 2 und Fotoempfänger 3. Die Lichtquellen 1, 1' sind vorzugsweise durch Leuchtdioden, sogenannte LEDs, gebildet.

Bevor die Messvorrichtung detaillierter beschrieben wird, soll nun anhand der Figuren 2 und 3 das Messverfahren erläutert werden: Jedes eine Drehung aufweisende Garn G oder auch jedes Drahtseil oder jedes Seil und dergleichen weist aufgrund der Drehung gewisse Unregelmässigkeiten bezüglich seines Querschnitts, und zwar insbesondere Abweichungen von der Querschnittsform auf. Diese charakteristischen Abweichungen treten periodisch auf, wobei der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden derartigen Unregelmäsigkeiten, oder mit anderen Worten, die Länge von deren Periode, ein direktes Mass für die Drehung darstellt. Denn über eine derartige Periode ist ja das Garn gerade einmal um 360° gedreht.

Wenn das Garn G unter einem flachen Winkel zu seiner Längsachse beleuchtet wird, dann werden die genannten Unregelmässigkeiten als helle oder dunkle Stellen deutlich sichtbar, wie dies in Fig. 2 durch die schraffierten Bereiche B angedeutet ist. Die Länge der Periode, oder mit anderen Worten, die Wellenlänge der Unregelmässigkeiten, ist mit d bezeichnet. Wenn T die Drehung des Garns in Anzahl Windungen pro Längeneinheit bezeichnet, dann gilt für die Periode d: d = 1/T. Übliche Werte für T liegen beispielsweise zwischen 300 und 1500 Windungen pro Meter. Bei n-fach Zwirnen tritt die Hauptperiode bei d' = d/n auf, wobei hier d die Periode der Zwirndrehung bezeichnet; bei 2-fach Zwirnen beispielsweise ist also die Hauptperiode bei d' = d/2 zu erwarten.

Auf dem Fotoempfänger 3 (Fig. 1) erhöht sich dann periodisch die Helligkeit des auftreffenden Lichtstrahls R, und wenn das Ausgangssignal des Fotoempfängers 3 in der Auswerteeinheit 4 durch Fouriertransformation (FFT) oder Autokorrelation ausgewertet wird, erhält man ein deutlich erkennbares Maximum bei der Periode der Unregelmässigkeiten. Bei sehr gut bestimmten Strukturen, wie beispielsweise bei Drahtzwirnen oder Filamentzwirnen, kann diese Analyse unter Umständen sogar durch einfaches Festlegen einer Triggerschwelle und anschliessendes Zählen erfolgen.

In Fig. 3 ist die Analyse mittels Fouriertransformation schematisch dargestellt, wobei auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen ist. Man erhält ein deutlich erkennbares Maximum bei einer bestimmten Frequenz f1, wobei dann für die Drehung gilt: T = f1/v, wenn v die Abzugsgeschwindigkeit des Garns G be5

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zeichnet. Bei Analyse mittels Autokorrelation erhält man direkt die Länge d der Periode.

Bei Garnen mit Drehung treten praktisch auch immer Querschnittsschwankungen auf, die aber nicht unbedingt zu periodischen, also für die Bestimmung der Drehung auswertbaren, Unregelmässigkeiten führen. Es ist deswegen vorteilhaft, die Querschnittsschwankungen zu kompensieren, was so wie in Fig. 1 dargestellt, durch die Verwendung zweier Lichtquellen 1 und 1 ' erfolgt, die das Garn G unter verschiedenen Einfallswinkeln beleuchten. Der Einfallswinkel a des Strahlenbündels L ist relativ flach und liegt zwischen 5° und 40°, vorzugsweise bei 5°, und der Einfallswinkel a' des Strahlenbündels L' ist steiler und liegt zwischen 60° und 85°, vorzugsweise bei 85°.

Wenn man die beiden Lichtquellen L und L' verschieden moduliert, dann kann bei entsprechender Démodulation des Signals ein einziger gemeinsamer Fotoempfänger 3 verwendet werden, wobei in diesem der von der Lichtquelle 1 herrührende Signalanteil durch den von der Lichtquelle 1' herrührenden dividiert wird. Man kann aber auch zwei Lichtquellen 1, 1' verwenden, die Licht verschiedener Wellenlänge aussenden. In diesem Fall muss empfänger-seitig das reflektierte Strahlenbündel R geteilt und die einzelnen von den beiden Lichtquellen 1,1' stammenden Anteile müssen mit entsprechenden Filtern auf zwei verschiedene Fotoempfänger verteilt werden.

Eine weitere Beleuchtungsvariante besteht darin, zwei Lichtquellen 1 mit flachem und eine Lichtquelle mit sehr steilem Einfallswinkel von bis gegen 90° zu verwenden, wobei bezogen auf Fig. 1 die beiden Lichtquellen 1 symmetrisch zu beiden Seiten des reflektierten Strahlenbündels R angeordnet sind und die dritte Lichtquelle zwischen den beiden anderen liegt. Diese Anordnung führt einerseits zu einer noch besseren Hervorhebung periodischer Strukturen und anderseits zur Ausschaltung störender, beispielsweise von Nissen und dergleichen stammender Einflüsse.

Für die Blende 2 gelten folgende Bedingungen: Wenn das Garn T Drehungen pro Längeneinheit aufweist und im Abbildungsmassstab K:1 auf die Blende 2 abgebildet wird, dann muss die Blende 2 in Garnlängsrichtung schmäler sein als K/T, damit man periodische Anteile der Drehung noch gut erfassen kann. In der Querdimension wird bei Garnen die Blende 2 mit Vorteil auf die ungefähre Erfassung des Garnkörpers beschränkt, damit sich die Haarigkeit nicht zu störend auswirkt. Zur weiteren Reduktion der Störeinflüsse der Haarigkeit kann das Garn G angesengt werden. Wenn man das Garn G sehr stark ansengt, dann kann man Einblicke in die Drehung im Garnkörper erhalten, was einerseits bei Rotorgarnen sehr erwünscht sein kann, anderseits aber destruktiv ist und deswegen auf Stichproben beschränkt werden sollte.

Schliesslich sei noch erwähnt, dass der Prüfkörper G möglichst vibrationsfrei geführt sein sollte, da sich bei flach einfallendem Licht Vibrationen störend auswirken. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, den Prüfkörper G unmittelbar an der Messstelle über ein Umlenkorgan zu führen.

Die beschriebene Messvorrichtung kann sehr kompakt ausgebildet werden und eignet sich deswegen hervorragend zur Verwendung als Messmodul in einer Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Kenngrössen von textilem Prüfgut, wie sie beispielsweise im CH-Patent Nr. 671 105 beschrieben und unter der Bezeichnung USTER TESTER (USTER - eingetragenes Warenzeichen der Zellwe-ger Uster AG) bekannt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Drehung eines laufenden, langgestreckten Prüfguts, wie beispielsweise eines Garnes oder eines Drahtseiles, durch Abtastung von dessen Oberfläche und Analyse des daraus gewonnenen Abtastsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung auf optischem Weg erfolgt, dass das Abtastsignal auf von durch die Drehung im Prüfkörper (G) enthaltenen Unregelmässigkeiten verursachte Periodizitäten (B) untersucht und dass aus der Wellenlänge (d) oder aus der Frequenz dieser Periodizitäten die Drehung abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkörper (G) von mindestens einer Lichtquelle (1,1') beleuchtet und das vom Prüfkörper reflektierte Licht (R) auf eine Blende (2) abgebildet und von mindestens einem Fotoempfänger (3) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtquellen (1, 1') verwendet werden, welche den Prüfkörper (G) unter unterschiedlich steilen Einfallswinkeln (a bzw. a') beleuchten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (1, 1') verschieden moduliert werden und das vom Prüfkörper (G) reflektierte Licht (R) einem einzigen gemeinsamen Fotoempfänger (3) zugeführt wird und dass die durch die beiden Lichtquellen im Fotoempfänger ausgelösten Signalanteile durcheinander dividiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (1,1') den Prüfkörper (G) mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge beaufschlagen und dass das vom Prüfkörper reflektierte Licht (R) geteilt und die einzelnen von den beiden Lichtquellen stammenden Anteile auf zwei Fotoempfänger verteilt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Lichtquellen verwendet werden, von denen die eine den Prüfkörper (G) unter einem steilen und die beiden anderen den Prüfkörper unter einem relativ flachen Winkel beleuchten, wobei die beiden anderen Lichtquellen symmetrisch zur einen angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Fotoempfängers (3) oder der Fotoempfänger mittels Fourieranalyse oder Autokorrelation ausgewertet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Lichtquelle (1, 1') zur Beleuchtung des Prüfkörpers (G), eine Blende (2), eine Optik (6) zur

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Abbildung des vom Prüfkörper reflektierten Lichtes (R) auf diese Blende, mindestens einen im Strahlengang nach der Blende angeordneten Fotoempfänger (3) und eine diesem zugeordnete Auswerteinheit (4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkörper (G) schräg zu seiner Laufrichtung (P) beleuchtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtquellen (1,1') vorgesehen sind, von denen der Prüfkörper (G) unter unterschiedlich flachen Einfallswinkeln (a bzw. a') mit Licht (L bzw. L') beaufschlagt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension der Blende (2) in der Querrichtung des Prüfkörpers (G) so gewählt ist, dass durch von der Oberfläche des Prüfkörpers abstehende faserige Elemente reflektiertes Licht vom Fotoempfänger (3) abgeblockt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Messstelle ein Umlenkorgan für den Prüfkörper (G) vorgesehen ist.

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