Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen eines Fadens, wobei eine Zugkraft auf ein Fadenstück beim Durchlaufen des Fadens durch ein Gerät ausgeübt wird und ein Signal erzeugt wird, welches das Verhalten des Fadenstückes beim Ausüben der Zugkraft wiedergibt. Das Wort "Faden" in diesem Zusammenhang umfasst sowohl Fäden aus Stapelfasern wie auch Fäden aus Endlosfilamenten und auch fadenähnliche Gebilde, die imstande sind, eine vom Gerät ausgeübte Zugkraft auszuhalten, das heisst ohne Zerstörung des Gebildes zu widerstehen.
Ein Gerät zum Ausführen eines solchen Verfahrens umfasst Mittel zum Ausüben einer Zugkraft auf ein Fadenstück beim Durchlaufen des Fadens durch das Gerät und Mittel zum Erzeugen eines Signals, welches das Verhalten des Fadenstückes beim Ausüben der Zugkraft wiedergibt. Solche Geräte sind heute käuflich, zum Beispiel das DEFT R-3075 (Dynamic Elongation Force Tester) der Firma Rothschild, Zürich, Schweiz. Ein Gerät nach der Erfindung ist aber weiter durch Mittel gekennzeichnet, die eine Spektral-Analyse von Schwankungen des genannten Signals durchführen und durch Anzeigemittel zur Darstellung der Resultate dieser Analyse.
Das Gerät umfasst zum Beispiel einen Messkopf, der ein Signal erzeugt, das als Funktion eines Parameters des durchlaufenden Fadens schwankt. Dieses Signal kann als Analogsignal erzeugt werden und kann dann, wenn notwendig, in einem A/D-Wandler zum Erzeugen eines digitalisierten Signals verarbeitet werden. Das Signal ist vorzugsweise ein elektrisches Signal.
Das Signal bzw. das digitalisierte Signal kann in einem Computer bzw. Prozessor gemäss einem Programm verarbeitet werden, das nach den Prinzipien der Fast Fourier Transformation (FFT) arbeitet. Es sind heute viele Programme erhältlich, die eine solche Verarbeitung ermöglichen zum Beispiel das LABTECH NOTEBOOK Programm der Fa. Laboratory Technologies, Corporation, 400 Research Drive, Wilmington, MA, USA. Die Darstellung der Resultate der Analyse kann mittels eines Bildschirms und/oder mittels eines Schreibers bzw. Plotters erfolgen.
Das Gerät ist vorzugsweise dazu geeignet, durch Ausüben einer Zugkraft das durchlaufende Prüfgut durch ein vorgegebenes Mass zu dehnen und dabei die dazu erforderliche (veränderbare) Zugkraft im Ausgangssignal zu wiedergeben. Für Baumwollgarne hat sich eine voreingestellte Dehnung von 1% bis 3%, beispielsweise 2%, im vorerwähnten Fadenstück als vorteilhaft erwiesen. Die Durchlaufgeschwindigkeit beim Prüfen hängt von der Konstruktion des Gerätes ab; das vorerwähnte DEFT-Gerät ermöglicht eine Durchlaufgeschwindigkeit beim Prüfen von Baumwollgarnen von 200 bis 300 m/Min. zum Beispiel 250 m/Min.
Die Spektral- bzw. Fourier-Analyse wird vorzugsweise kontinuierlich wiederholt, wobei die Wiederholfrequenz gleich hoch oder niedriger als die Abtastfrequenz des AD-Wandlers gewählt werden darf. Zu diesem Zweck kann ein für eine FFT-Analyse geeignetes Zeitfenster definiert und eine dafür geeignete Fensterfunktion gewählt werden. Die Analyseperioden können einander seriell folgen oder einander überlappen.
Die Abtastfrequenz muss in einem definierten Verhältnis zur Durchlaufgeschwindigkeit stehen, um eine erwünschte Auflösung der Messung erzielen zu können. Die Auflösung ergibt sich nämlich aus der Beziehung:
EMI2.1
Da Durchlaufgeschwindigkeit als Länge pro Zeiteinheit und Abtastfrequenz als Zyklen pro Zeiteinheit gemessen werden, hat die Auflösung A die Dimension einer Länge. Die Auflösung sollte kleiner als die "Einspannlänge" (l, Fig. 2) gewählt werden, um abzusichern, dass jedes Garnstück bei der Messung erfasst wird.
Das Gerät kann derart angeordnet werden, dass die Spektralanalysen von zeitverschobenen Messwerten miteinander verglichen werden (können). Die Resultate der Analysen von zeitverschobenen Messwerten können zum Beispiel gleichzeitig nebeneinander oder einander anschliessend dargestellt und/oder einer (zweiten) Spektral- bzw. Fourier-Analyse unterzogen werden.
Stand der Technik
Es ist seit langem in der Textilindustrie bekannt, Masseschwankungen eines durchlaufenden Prüfgerätes als Veränderungen eines elektrischen Signales darzustellen und diese Veränderungen einer Spektral-Fourier-Analyse zu unterziehen. Während dies seit Jahrzehnten mittels sogenannten USTER-Tester im Labor durchgeführt worden ist (siehe z.B. das Handbuch "Gleichmässigkeitsprüfung" der Firma Zellweger, Uster AG, Uster, Schweiz), erscheinen nun Geräte auf dem Markt, welche sogar die Durchführung einer Spektralanalyse- "on line" ermöglichen (siehe z.B. das USTER SLIVERDATA Gerät).
Die Resultate dieser Spektralanalysen werden als sogenanntes "Spektrogramm" dem Benutzer vorgelegt. Beispiele solcher Spektrogramme sind in den erwähnten Veröffentlichungen gezeigt, und im Artikel "Problems and Possibilities in Sliver Monitoring" von Peter R. Lord im Textile Research Journal vom März 1987, Seite 171 ff. zu finden.
Des Weiteren wird die Verwendung eines Gerätes zur Durchführung einer Spektralanalyse bezüglich eines Parameters von einem durchlaufenden Faden vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Mittel vorgesehen sind, um die Resultate zeitlich verschobener Spektralanalysen miteinander zu vergleichen insbesondere dadurch, dass die Resultate zeitlich verschobener Analysen selbst einer Spektralanalyse unterzogen werden.
Als Beispiel wird nun eine Ausführung eines Gerätes nach dieser Erfindung und eine Verwendung von diesem Gerät anhand der Zeichnungen näher erklärt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht des DEFT R-3075 Messgerätes der Firma Rothschild, Zürich, Schweiz,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Messkopfes vom Gerät nach Fig. 1, der mit einem Auswertungsmodul verbunden ist, um ein Gerät nach dieser Erfindung zu bilden,
Fig. 3A und B Zeitdiagramme, zur Erklärung von zwei möglichen Messwertanalysen in einem Auswertungsmodul nach Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von aneinander nach folgenden Messwertanalysen,
Fig. 5a, b, c, d, e und f sechs Diagramme, welche sechs aneinander folgende Spektralanalysen darstellen, und
Fig. 6a und b zwei Diagramme zur Erklärung einer weiteren Analyse der Resultate nach Fig. 5.
Das Gerät 10 (Fig. 1) ist auf dem Markt erhältlich und wird hier nur skizzenhaft gezeigt bzw. beschrieben. Die wesentlichen Elemente umfassen
- eine Einlaufrollengruppe 12, welche den Faden 14 aus einer nicht gezeigten Quelle über eine Führungsrolle 16 zieht,
- eine Streckrollengruppe 18, welche den Faden 14 weiterfördert und dabei eine Zugkraft auf das Fadenstück zwischen den Walzengruppen 12, 18 ausübt,
- einen Messkopf 20, der nachfolgend anhand der Fig. 2 näher beschrieben wird.
Der Faden 14 läuft über eine weitere Führung 22 aus dem Gerät hinaus und kann nachher zum Beispiel durch eine Absaugung oder eine Aufwicklung aufgenommen werden.
Die Elemente 12 bis 20 ragen von der Frontplatte 24 eines Gehäuses hervor. Das Gehäuse beinhaltet insbesondere einstellbare Antriebe für die Rollengruppen 12, 18, wobei auf der Frontplatte die folgenden Einstellvorrichtungen vorgesehen werden:
a) Drehknopf 26 zum Einstellen der Durchlaufgeschwindigkeit des Prüfgutes und
b) Drucktasten 28 zum Einstellen der gewünschten Dehnung des Prüfstückes zwischen den Rollengruppen 12, 18.
Die eingestellte Dehnung wird an der Anzeige 30 gezeigt.
Das Gerät 10 hält beim Prüfen die eingestellte Dehnung konstant, wozu die von der Rollengruppe 18 erzeugte Zugkraft sich in Abhängigkeit von den Fadeneigenschaften ändert, was zu entsprechenden Änderungen in der Fadenspannung des zwischen den Rollengrupppen eingespannten Prüfstückes führt. Diese Spannungsänderungen werden im Messkopf 20 aufgenommen und in ein Signal am Ausgang eines Signalgebers 32 (Fig. 2) umgewandelt. Dazu umfasst der Messkopf 20 zwei Führungsstifte 34, 36 und ein Messstift 38, der mit dem Signalgeber 32 verbunden ist, sodass die Schwankungen der von der Fadeneinspannlänge l auf den Messstift 38 ausgeübten Biegungskräfte sich im Ausgangssignal des Gebers 32 niederschlagen. Der Geber 32 liefert ein elektrisches Signal als Analogsignal.
Das Gerät 10 wird nach dieser Erfindung mit einem Auswertungsmodul 40 (Fig. 2) ergänzt, der einen A/D-Wandler 42 und einen Prozessor 44 umfasst, welcher das durch den Wandler 42 digitalisierte Signal weiterverarbeiten kann, und zwar nach einem gespeicherten Programm, welches eine FFT-Analyse ermöglicht. Die Prinzipien dieser Analyse sind aus dem Buch "The Fast Fourier Transform" (Autor: Brigham, Verlagshaus: Prentice-Hall), 1974 oder "Fundamentals and Concepts" (Autor: Ramirez, Verlagshaus: Tektronix) 1985 ersichtlich. Die vom Wandler 42 erzeugten (digitalisierte) Datenreihe wird in einem Speicher 43 zur Verarbeitung durch den Prozessor geliefert. Die Resultate der Analyse werden zum Beispiel wiederum im Speicher 43 gespeichert und können auf einem Bildschirm 46 und/oder mittels eines Schreibers bzw. Plotters 48 dargestellt werden.
Die vom A/D Wandler 42 erzeugten Messwerte werden mit einer vorbestimmten Tastfrequenz erzeugt, sodass ein Messwert pro gegebener Zeiteinheit DELTA t (Fig. 3) gewonnen wird. Der Prozessor 44 ist derart programmiert, dass eine Reihenfolge von FFT-Analysen FFT1, FFT2 usw. (Frequenz-, Spektral-, bzw. Fourier-Analysen) durchgeführt werden. Dabei kann derart gearbeitet werden, dass jeder Messwert in einer einzigen FFT-Analyse (Fig. 3A, sequentielle Durchführung der Analysen) oder in mehreren Analysen berücksichtigt wird (Fig. 3B, zeitlich überlappende Analysen).
Die Resultate dieser Reihenfolge von FFT-Analysen können dann auf dem Bildschirm 46 und noch besser mittels dem Schreiber 48 nebeneinander dargestellt werden, zum Beispiel nach dem in Fig. 4 dargestellten Muster. Da wird die Spektralfrequenz auf der x-Achse, die Zeit bzw. die Nummer der Analyse auf der y-Achse und die Amplitude auf der z-Achse dargestellt. Im dargestellten Beispiel findet über Zeit eine Verschiebung nach oben der Frequenz mit dem Spitzenamplitude statt. Diese Art der Darstellung entspricht Vorschlägen aus dem vorerwähnten Artikel im Textile Research Journal vom März 1987.
Eine weitere Möglichkeit besteht aber darin, eine zweite Frequenzanalyse durchzuführen, wobei Wirkungen festgestellt werden können, die jetzt anhand der Diagramme der Fig. 5 zu erklären sind. Die sechs Diagramme 5A bis 5F zeigen sechs in Serie nacheinander gewonnene FFT-Analysen, die mittels des Gerätes nach Fig. 2 erzeugt wurden. Die Analysen zeigen zwei periodische Schwankungen
- die eine S1 mit einer Spitzenamplitude bei der Frequenz F1
- und die andere S2 bei der Frequenz F2.
Die Diagramme 5A bis 5F zeigen nun, dass die Schwankung S1 selbst über die Zeit variabel ist, während sich die Schwankung S2 über die Zeit konstant bleibt. Dies ist auch in Fig. 6A und B nochmals dargestellt, wo Fig. 6A die Änderung der Amplitude des Frequenzkomponenten F1 und Fig. 6B das gleichbleibende Verhalten des Frequenzkomponenten F2 zeigt.
Eine weitere Darstellungsmöglichkeit besteht dementsprechend darin, die Analysen FFT1 bis FFT2 (Fig. 5) seriell nacheinander aber gerade anschliessend aneinander anzuzeigen, wonach die Veränderung des Komponenten S1 offensichtlich wird.
Die Durchführung einer zweiten Spektralanalyse kann folgenderweise durchgeführt werden:
1. Eine bestimmte Frequenz wird aus dem Frequenzbereich der ersten Analyse ausgewählt.
2. Die Amplituden für diese ausgewählte Frequenz werden in einer Reihenfolge von einzelnen FFT Analysen aussondiert.
3. Die dadurch gewonnene Datenreihe wird selbst gespeichert und einer zweiten FFT Analyse unterworfen.
Dies kann durch vorbestimmte Schleifen des für den Prozessor 44 gespeicherten Programms durchgeführt werden, wobei diese Schleifen durch ein geeignetes Eingabesignal an den Prozessor 44 ausgelöst werden können.
The invention relates to a method for testing a thread, wherein a tensile force is exerted on a piece of thread when the thread passes through a device and a signal is generated which reflects the behavior of the piece of thread when the pulling force is exerted. The word "thread" in this context includes both threads made of staple fibers as well as threads made of continuous filaments and also thread-like structures which are able to withstand a tensile force exerted by the device, that is to say without resisting the structure from being destroyed.
An apparatus for carrying out such a method comprises means for exerting a tensile force on a piece of thread when the thread passes through the apparatus and means for generating a signal which reflects the behavior of the piece of thread when exerting the tensile force. Such devices are commercially available today, for example the DEFT R-3075 (Dynamic Elongation Force Tester) from Rothschild, Zurich, Switzerland. However, a device according to the invention is further characterized by means which carry out a spectral analysis of fluctuations in the said signal and by display means for displaying the results of this analysis.
The device includes, for example, a measuring head that generates a signal that fluctuates as a function of a parameter of the thread passing through. This signal can be generated as an analog signal and, if necessary, can then be processed in an A / D converter to generate a digitized signal. The signal is preferably an electrical signal.
The signal or the digitized signal can be processed in a computer or processor in accordance with a program which works according to the principles of the Fast Fourier Transformation (FFT). Many programs are available today that enable such processing, for example the LABTECH NOTEBOOK program from Laboratory Technologies, Corporation, 400 Research Drive, Wilmington, MA, USA. The results of the analysis can be displayed on a screen and / or using a recorder or plotter.
The device is preferably suitable for exerting a tensile force on the test specimen to be stretched by a predetermined amount and thereby reproducing the required (changeable) tensile force in the output signal. For cotton yarns, a preset elongation of 1% to 3%, for example 2%, in the aforementioned thread piece has proven to be advantageous. The throughput speed during testing depends on the design of the device; the aforementioned DEFT device enables a throughput speed when testing cotton yarns of 200 to 300 m / min. for example 250 m / min.
The spectral or Fourier analysis is preferably repeated continuously, the repetition frequency being allowed to be equal to or lower than the sampling frequency of the AD converter. For this purpose, a time window suitable for an FFT analysis can be defined and a suitable window function can be selected. The analysis periods can follow one another in series or overlap one another.
The sampling frequency must be in a defined ratio to the throughput speed in order to achieve the desired resolution of the measurement. The resolution results from the relationship:
EMI2.1
Since throughput speed is measured as length per unit of time and sampling frequency as cycles per unit of time, resolution A has the dimension of a length. The resolution should be chosen smaller than the "clamping length" (1, Fig. 2) in order to ensure that each piece of yarn is detected during the measurement.
The device can be arranged in such a way that the spectral analyzes of time-shifted measured values can be compared with one another. The results of the analyzes of time-shifted measured values can, for example, be displayed simultaneously next to one another or subsequently and / or subjected to a (second) spectral or Fourier analysis.
State of the art
It has long been known in the textile industry to present fluctuations in mass of a continuous test device as changes in an electrical signal and to subject these changes to a spectral Fourier analysis. While this has been carried out in the laboratory for decades using so-called USTER testers (see, for example, the "Uniformity Check" manual from Zellweger, Uster AG, Uster, Switzerland), devices are now appearing on the market that even carry out spectral analysis line "(see eg the USTER SLIVERDATA device).
The results of these spectral analyzes are presented to the user as a so-called "spectrogram". Examples of such spectrograms are shown in the publications mentioned and can be found in the article "Problems and Possibilities in Sliver Monitoring" by Peter R. Lord in the Textile Research Journal of March 1987, page 171 ff.
Furthermore, the use of a device for performing a spectral analysis with regard to a parameter of a continuous thread is proposed, which is characterized in that means are provided for comparing the results of time-shifted spectral analyzes with one another, in particular in that the results of time-shifted analyzes themselves Be subjected to spectral analysis.
As an example, an embodiment of a device according to this invention and a use of this device will now be explained with reference to the drawings.
It shows:
1 is a view of the DEFT R-3075 measuring device from Rothschild, Zurich, Switzerland,
2 shows a schematic representation of the measuring head of the device according to FIG. 1, which is connected to an evaluation module in order to form a device according to this invention,
3A and B are time diagrams for explaining two possible measured value analyzes in an evaluation module according to FIG. 2,
FIG. 4 shows a schematic illustration of measured value analyzes that follow one another,
5a, b, c, d, e and f six diagrams, which represent six successive spectral analyzes, and
6a and b two diagrams for explaining a further analysis of the results according to FIG. 5.
The device 10 (FIG. 1) is available on the market and is only shown or described here in outline. The essential elements include
an infeed roller group 12 which pulls the thread 14 from a source (not shown) over a guide roller 16,
a drawing roller group 18 which conveys the thread 14 and thereby exerts a tensile force on the thread piece between the roller groups 12, 18,
a measuring head 20, which is described in more detail below with reference to FIG. 2.
The thread 14 runs out of the device via a further guide 22 and can subsequently be picked up, for example, by suction or winding.
The elements 12 to 20 protrude from the front plate 24 of a housing. The housing contains in particular adjustable drives for the roller groups 12, 18, the following adjusting devices being provided on the front plate:
a) rotary knob 26 for adjusting the throughput speed of the test material and
b) push buttons 28 for setting the desired elongation of the test piece between the roller groups 12, 18.
The set elongation is shown on the display 30.
During testing, the device 10 keeps the set elongation constant, for which purpose the tensile force generated by the roller group 18 changes as a function of the thread properties, which leads to corresponding changes in the thread tension of the test piece clamped between the roller groups. These voltage changes are recorded in the measuring head 20 and converted into a signal at the output of a signal generator 32 (FIG. 2). For this purpose, the measuring head 20 comprises two guide pins 34, 36 and a measuring pin 38, which is connected to the signal transmitter 32, so that the fluctuations in the bending forces exerted on the measuring pin 38 by the thread clamping length l are reflected in the output signal of the transmitter 32. The encoder 32 supplies an electrical signal as an analog signal.
According to this invention, the device 10 is supplemented with an evaluation module 40 (FIG. 2), which comprises an A / D converter 42 and a processor 44, which can further process the signal digitized by the converter 42, specifically according to a stored program, which enables an FFT analysis. The principles of this analysis can be seen in the book "The Fast Fourier Transform" (author: Brigham, publisher: Prentice-Hall), 1974 or "Fundamentals and Concepts" (author: Ramirez, publisher: Tektronix) 1985. The (digitized) data series generated by the converter 42 is supplied in a memory 43 for processing by the processor. The results of the analysis are, for example, again stored in the memory 43 and can be displayed on a screen 46 and / or by means of a plotter or plotter 48.
The measured values generated by the A / D converter 42 are generated with a predetermined keying frequency, so that one measured value is obtained per given unit of time DELTA t (FIG. 3). The processor 44 is programmed in such a way that a sequence of FFT analyzes FFT1, FFT2 etc. (frequency, spectral or Fourier analyzes) are carried out. It is possible to work in such a way that each measured value is taken into account in a single FFT analysis (FIG. 3A, sequential execution of the analyzes) or in several analyzes (FIG. 3B, temporally overlapping analyzes).
The results of this sequence of FFT analyzes can then be displayed side by side on the screen 46 and even better by means of the recorder 48, for example according to the pattern shown in FIG. 4. The spectral frequency is shown on the x-axis, the time or number of the analysis on the y-axis and the amplitude on the z-axis. In the example shown, the frequency with the peak amplitude is shifted upward over time. This type of presentation corresponds to suggestions from the aforementioned article in the Textile Research Journal of March 1987.
Another possibility, however, is to carry out a second frequency analysis, in which effects can be determined, which can now be explained on the basis of the diagrams in FIG. 5. The six diagrams 5A to 5F show six FFT analyzes obtained in series, which were generated by means of the device according to FIG. 2. The analyzes show two periodic fluctuations
- The one S1 with a peak amplitude at the frequency F1
- And the other S2 at the frequency F2.
Diagrams 5A to 5F now show that the fluctuation S1 itself is variable over time, while the fluctuation S2 remains constant over time. This is also shown again in FIGS. 6A and B, where FIG. 6A shows the change in the amplitude of the frequency component F1 and FIG. 6B shows the constant behavior of the frequency component F2.
Accordingly, a further representation possibility is to display the analyzes FFT1 to FFT2 (FIG. 5) one after the other but just after one another, after which the change in component S1 becomes obvious.
A second spectral analysis can be carried out as follows:
1. A specific frequency is selected from the frequency range of the first analysis.
2. The amplitudes for this selected frequency are probed in a sequence of individual FFT analyzes.
3. The data series obtained in this way is saved itself and subjected to a second FFT analysis.
This can be carried out by predetermined loops of the program stored for processor 44, which loops can be triggered by a suitable input signal to processor 44.