CH678230A5 - - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Frequenzanalyse an bewegten Faserkollektiven gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Die Eigenschaften von textilen Faserbändern und Garnen werden bereits heute in der Spinnerei on-line gemessen, wobei die Resultate teilweise direkt zur Regelung und Steuerung der entsprechenden Produktionsmaschinen dienen. Hingegen werden die eigentlichen Faserparameter (z.B. Länge, Längenverteilung, Durchmesser, Reissfestigkeit der Textilfasern) noch immer im Labor (d.h. off-line) gemessen. 



  Der wesentliche Nachteil der labormässigen Bestimmung der Faserparameter gemäss dem Stand der Technik liegt in der diskontinuierlichen Einstellbarkeit der Produktionsmaschinen, wie sie anhand von bloss punktuellen im Labor durchgeführten Einzelmessungen der Faserparameter nicht anders möglich ist. Damit ist eine permanente Optimierung der Einstellung von Produktionsmaschinen nicht durchführbar. 



  Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein apparativ einfaches, zuverlässiges Verfahren zur Frequenzanalyse an bewegten Faserkollektiven zu  schaffen, mit welchem praktisch ohne Zeitverzug eine Änderung im Frequenzspektrum festgestellt werden kann und damit relative Aussagen über die Faserparameter gemacht werden können. 



  Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie einer Vorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist. 



  Die Fasern sollten innerhalb des Faservlieses ungefähr parallel liegen, d.h. eine gewisse Vorparallelisierung aufweisen. Die Bewegung des Faservlieses erfolgt entweder mittels eines Strömungsmediums oder durch eine Transportvorrichtung (z.B. Luftstrom, Garniturtrommel, Nadelbett u.s.w.) Die zu analysierenden Fasern sind zweckmässigerweise in Form eines dünnen, vorzugsweise eine Faserlage umfassenden Faservlieses am Sensor vorbeizuführen. 



  Der Sensor misst dauernd einen Teil oder über die ganze Vliesbreite. Er kann entweder stationär, relativ zum bewegten Faservlies, angebracht werden oder beweglich dazu angeordnet sein, wobei die Geschwindigkeit ungleich derjenigen des Faservlieses ist. 



  Der Sensor kann aus einem Kondensator, einer CCD-Kamera oder einer Reflexionsmessvorrichtung bestehen, bei welcher mit gerichtetem Licht, z.B. Laserlicht, entsprechend reflektierende  Oberflächen der Transportvorrichtung beleuchtet werden und das zurückgeworfene Licht mittels eines Lichtsensors aufgefangen wird. 



  Der Sensor misst kapazitiv oder optisch die Fasermenge und gibt ein entsprechend proportionales Signal an eine Auswerteeinheit. 



  Die Auswerteeinheit kann entweder konstruktiv vom Sensor getrennt sein oder auch ein Teil des Sensors sein. In der Auswerteeinheit erfolgt die Signalaufbereitung, d.h. die Trennung der Störsignale von den Nutzsignalen, die Verstärkung der derart gewonnenen Differenzsignale und die darauf beruhende Berechnung des Frequenzspektrums. Um diese Funktionen ausführen zu können sollte die Auswerteeinheit mindestens über einen Eingangsverstärker, Intensitätsregler, Filter, Rechner und eine Schnittstelle zum Benutzer verfügen. 



  Bei Sensoren, welche eine integrierte Auswerteeinheit aufweisen muss die Auswertung mit sehr kleinen Funktionsgruppen möglich sein. Sensoren mit einer getrennten Auswerteeinheit werden allerdings bevorzugt, da in diesem Falle der Sensor sehr klein gehalten werden kann und ohne Schwierigkeiten in der Produktionsmaschine untergebracht werden kann. 



  Die Auswerteeinheit bereitet das vom Sensor erzeugte, zur Fasermenge proportionale Signal auf und ermittelt auf diese Weise ein Zeitdiagramm der Fasermengenschwankung im Messbereich des Sensors. Mit Hilfe der Fast Fourier Transformation (FFT)  kann nun die Auswerteeinheit das Frequenzspektrum des Sensorsignals berechnen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das vom Sensor erzeugte Signal vor seiner Aufbereitung, vorzugsweise mit einer hohen Taktfrequenz, in der Auswerteeinheit gespeichert. 



  Durch die Transportvorrichtung des Faservlieses und andere Störeinheiten (z.B. Fremdlicht, Feuchtigkeit, u.s.w.) treten zusätzliche, unerwünschte Frequenzen im Spektrum des Sensorsignals auf. Falls diese Störfrequenzen nicht schon im voraus bekannt sind und somit rechnerisch ausgeschieden werden können, kann ein zweiter Sensor an einer faserfreien Stelle der Transportvorrichtung, bzw. des Strömungsmediums angebracht werden, welcher nun allein diese Störfrequenzen messen kann. Das Frequenzspektrum dieses Sensorsignals ohne Fasereinfluss kann dann in der Auswerteeinheit rechnerisch vom Frequenzspektrum mit Fasereinfluss abgezogen werden. Damit erhält man exakt das Frequenzspektrum der Fasern ohne systembedingte Störfrequenzen. 



  Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der mit dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Frequenzanalyse des bewegten Faserkollektivs einerseits Rückschlüsse auf die relativen Faserparameter (Veränderungen der Faserlänge, des Schmutzanteils u.s.w.), anderseits aber auch eine Steuerung der faserbearbeitenden Maschinen durchgeführt werden kann. 



  Die relative Längenmessung der Fasern ergibt sich unmittelbar aus den Frequenzen des ermittelten Spektrogramms. Werden die Frequenzen kleiner, so sind die Fasern länger geworden; nehmen die Frequenzen zu, so sind die Fasern kürzer geworden. Damit lässt sich eine Änderung der Faserschädigung von Produktionsmaschinen (z.B. von Karden) praktisch ohne Zeitverzug feststellen. Weiter können relative Aussagen über den Auflösungsgrad und den Parallelisierungsgrad des untersuchten Faserkollektivs gemacht werden, sowie über den relativen Schmutzanteil im Faserkollektiv. 



  Mittels entsprechender Eich-Frequenzspektrogramme, welche mit Fasern definierter Eigenschaften aufgenommen worden sind, lassen sich schliesslich auch die absoluten Parameter von untersuchten Faservliesen ermitteln. 



  Es können auch zwei Sensoren eingesetzt werden, welche das bewegte Faservlies einmal vor und einmal nach einem Bearbeitungsprozess (z.B. Streckwerk) messen, so dass aus den beiden Sensorsignalen in der Auswerteeinheit mittels der Fast Fourier Transformation das differentielle Frequenzspektrum der beiden Sensorsignale errechnet werden kann, das in direktem Zusammenhang mit dem Bearbeitungsprozess steht. 



   Schliesslich kann auch mit Hilfe der dank des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Frequenzanalyse des bewegten Faserkollektivs durch entsprechende Eingriffe in die Faserproduktionsmaschine die Maschineneinstellung laufend optimiert werden. 



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zugleich das Funktionsprinzip erläutert, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. 
 
   Fig. 1 stellt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar; und 
   Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung der verschiedenen Signalverarbeitungsstufen dar. 
 



  Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Frequenzanalyse an bewegten Faserkollektiven besteht im wesentlichen aus zwei Sensoren 1 und 2, der Transportvorrichtung 6 für die Fasern und der Auswerteeinheit 7. Wie im rechten Teil der Fig. 1 dargestellt umfassen die Sensoren 1 und 2 sowohl einen Sendeteil 15, 16, 18, als auch einen Empfangsteil 19. Der Sendeteil besteht aus einem Halbleiterlaser 16 der Laserlicht von der Wellenlänge Lambda = 670 nm erzeugt und mit Hilfe eines Spiegelrades 15 und eines Spiegels 18 ein Zeilenmuster auf dem darunter liegenden Transportband 6 zeichnet. Im Messfeld 4 des Sensors 1 beleuchtet der quer zum Transportband 6 hin- und herwandernde Lichtstrahl das vorbeidefilie rende Kollektiv von Fasern 5.

  Der Empfangsteil der Sensoren 1 und 2 besteht aus einer Photodiode 19, welche die Intensität des vom Transportband 6 und seinen Strukturen (Fasern 5, Garnituren 3 u.s.w.) reflektierten und vom halbdurchlässigen Spiegel 17 abgelenkten Laserlicht auffängt und misst. 



  Die Transportvorrichtung 6 besteht aus einem motorisch bewegten Transportband, welches an seiner den Sensoren 1 und 2 zugewandten Oberfläche regelmässig angeordnete Garnituren 3 in Form von Häkchen aufweist, welche das zu messende Kollektiv von Fasern 5 an den Messfeldern 4 der Sensoren 1 und 2 vorbeiführt. Die zwischen den Garnituren 3 liegenden Teile des Transportbandes 6 sind verspiegelt (wobei ein möglichst hoher Reflexionsgrad bezüglich der benutzten Illuminationsquelle realisiert werden sollte) um das von den Sensoren 1 und 2 emittierte Laserlicht zu reflektieren. 



  Die Auswerteeinheit 7, welche in Fig. 2 detaillierter dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus zwei Signalaufbereitungseinheiten 10 (für die in den Sensoren 1 und 2 erzeugten Signale) und einem Rechner 14, der seinerseits zwei Fast-Fourier-Transformationseinheiten 11 und zwei Schnittstellen 12,13 zum Benutzer umfasst. 



  Anhand der Fig. 2 ist der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. Die von den Sensoren 1 und 2 gemessenen Lichtintensitäten werden in elektrische Signale umgewandelt und in den beiden zugeordneten Signalaufbereitungs einheiten 10 verstärkt, gefiltert und einer Analog/Digital-Wandlung unterworfen. Die von den Sensoren 1 und 2 erzeugten Signale können gegebenenfalls vor ihrer Aufbereitung, vorzugsweise mit einer hohen Taktfrequenz, in der Auswerteeinheit 7 gespeichert werden. 



  Die aufbereiteten Signale werden nun dem Rechner 14 zugeführt und dort einer Fast-Fourier-Transformation 11 unterworfen. Auf diese Weise wird aus dem Zeitdiagramm der Fasermengenschwankung, bzw. der Garniturenschwankung in den Messfeldern 4 der Sensoren 1 und 2 das Frequenzspektrum der Sensorsignale berechnet. Die derart berechneten Frequenzspektren der beiden Sensorsignale (einmal mit Fasereinfluss durch Sensor 1 und einmal ohne Fasereinfluss durch Sensor 2) kann dann in der Auswerteeinheit 14 rechnerisch voneinander subtrahiert werden. Die auf der Vorderfläche des die Fast-Fourier-Transformation 11 darstellenden Schemablocks ganz links auftretende 3er-Signalgruppe entspricht den Faserinformationen, das im Mittelfeld des Spektrums auftretende Signal entspricht den Garnituren 3 und das ganz rechts angeordnete Signal entspricht den im System vorhandenen Schmutzpartikeln. 



   Das von sämtlichen Fremdeinflüssen befreite Frequenzspektrum kann nun einerseits über die Schnittstelle 12 an die Ausgabe/Eingabe-Einheit 9 und anderseits über die Schnittstelle 13 der Maschinensteuerung 8 zugeführt werden. 

Claims (11)

1. Verfahren zur Frequenzanalyse an bewegten Faserkollektiven, dadurch gekennzeichnet, dass die zu analysierenden Fasern (5) in Form eines dünnen Faservlieses an einem Sensor (1) vorbeigeführt werden, der ein zur vorbeigeführten Fasermenge proportionales Signal erzeugt und an eine Auswerteeinheit (7) abgibt, dass das vom Sensor (1) erzeugte Signal in der Auswerteeinheit (7) aufbereitet wird und dass das derart erhaltene Zeitdiagramm der Fasermengenschwankung in der Auswerteeinheit (7) mittels einer Fast Fourier Transformation (11) in das Frequenzspektrum des Sensorsignals umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sensor (1) erzeugte Signal vor seiner Aufbereitung, vorzugsweise mit einer hohen Taktfrequenz, in der Auswerteeinheit (7) gespeichert wird.

3.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies mit einem Strömungsmedium, vorzugsweise mit einem Luftstrom, am Sensor (1) vorbei bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies mit einer Transportvorrichtung (6), vorzugsweise einer Garniturtrommel oder einem Nadelbett, am Sensor (1) vorbei bewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Sensors (2) an einer faserfreien Stelle des Strömungsmediums oder der Transportvorrichtung (6) ein Referenzsignal und davon ausgehend ein Referenz-Frequenzspektrum erzeugt wird und dass das derart erzeugte Referenz-Frequenzspektrum in der Auswerteeinheit (7) vom Frequenzspektrum des vom ersten Sensor (1) erzeugten Signals subtrahiert wird.

6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinheit (7) berechnete Frequenzspektrum graphisch oder optisch dargestellt wird (9).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinheit (7) berechnete Frequenzspektrum zur Steuerung (8) der die analysierten Fasern (5) bearbeitenden Maschine verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Sensors (2) an einer zweiten Stelle des bewegten Faservlieses die Fasermenge gemessen, das dazu proportionale Signal der Auswerteeinheit (7) zugeführt und mittels einer Fast Fourier Transformation (11) in das differentielle Frequenzspektrum der beiden Sensorsignale umgewandelt wird.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Veränderung des Frequenzspektrums des Sensorsignals zur Ermittlung der relativen Faserparameter des untersuchten Faserkollektivs verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch: - A) eine Transportvorrichtung (6) für die Fasern (5) - B) mindestens einen Sensor (1), der kapazitiv oder optisch ein zur am Sensor (1) vorbeibewegten Fasermenge proportionales Signal erzeugt; und - C) eine Auswerteeinheit (7) mit einer Signalaufbereitungseinheit (10), einer Fast-Fourier-Transformationseinheit (11), einem Rechner (14) und mindestens einer Schnittstelle (12).

11.

Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) sowohl einen Sendeteil (15, 16, 18), als auch einen Empfangsteil (19) umfasst, wobei der Sendeteil vorzugsweise einen Halbleiterlaser (16), ein Spiegelrad (15) und einen Ablenkspiegel (18) enthält. 1. Verfahren zur Frequenzanalyse an bewegten Faserkollektiven, dadurch gekennzeichnet, dass die zu analysierenden Fasern (5) in Form eines dünnen Faservlieses an einem Sensor (1) vorbeigeführt werden, der ein zur vorbeigeführten Fasermenge proportionales Signal erzeugt und an eine Auswerteeinheit (7) abgibt, dass das vom Sensor (1) erzeugte Signal in der Auswerteeinheit (7) aufbereitet wird und dass das derart erhaltene Zeitdiagramm der Fasermengenschwankung in der Auswerteeinheit (7) mittels einer Fast Fourier Transformation (11) in das Frequenzspektrum des Sensorsignals umgewandelt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sensor (1) erzeugte Signal vor seiner Aufbereitung, vorzugsweise mit einer hohen Taktfrequenz, in der Auswerteeinheit (7) gespeichert wird. 3.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies mit einem Strömungsmedium, vorzugsweise mit einem Luftstrom, am Sensor (1) vorbei bewegt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies mit einer Transportvorrichtung (6), vorzugsweise einer Garniturtrommel oder einem Nadelbett, am Sensor (1) vorbei bewegt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Sensors (2) an einer faserfreien Stelle des Strömungsmediums oder der Transportvorrichtung (6) ein Referenzsignal und davon ausgehend ein Referenz-Frequenzspektrum erzeugt wird und dass das derart erzeugte Referenz-Frequenzspektrum in der Auswerteeinheit (7) vom Frequenzspektrum des vom ersten Sensor (1) erzeugten Signals subtrahiert wird. 6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinheit (7) berechnete Frequenzspektrum graphisch oder optisch dargestellt wird (9). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Auswerteeinheit (7) berechnete Frequenzspektrum zur Steuerung (8) der die analysierten Fasern (5) bearbeitenden Maschine verwendet wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Sensors (2) an einer zweiten Stelle des bewegten Faservlieses die Fasermenge gemessen, das dazu proportionale Signal der Auswerteeinheit (7) zugeführt und mittels einer Fast Fourier Transformation (11) in das differentielle Frequenzspektrum der beiden Sensorsignale umgewandelt wird. 9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Veränderung des Frequenzspektrums des Sensorsignals zur Ermittlung der relativen Faserparameter des untersuchten Faserkollektivs verwendet wird. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch: - A) eine Transportvorrichtung (6) für die Fasern (5) - B) mindestens einen Sensor (1), der kapazitiv oder optisch ein zur am Sensor (1) vorbeibewegten Fasermenge proportionales Signal erzeugt; und - C) eine Auswerteeinheit (7) mit einer Signalaufbereitungseinheit (10), einer Fast-Fourier-Transformationseinheit (11), einem Rechner (14) und mindestens einer Schnittstelle (12). 11.

Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) sowohl einen Sendeteil (15, 16, 18), als auch einen Empfangsteil (19) umfasst, wobei der Sendeteil vorzugsweise einen Halbleiterlaser (16), ein Spiegelrad (15) und einen Ablenkspiegel (18) enthält.