CN1069602C - 识别丝线卷绕到旋转着的辊子上的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来识别卷绕在一个被丝线部分环绕的、旋转着的卷绕装置的辊子上的丝线的方法和装置，其中设有一个用来向辊子的监控区发射光束的光源，它沿辊子母线形成光带，和一个带评估装置的光传感器。这个传感器检测由卷绕的丝线反射的光，它可以转变成一个电信号，然后继续进行处理。

Description

识别丝线卷绕到旋转着的辊子上的方法和装置

本发明涉及一种识别丝线卷绕到一个旋转着的辊子上的方法和实现这个方法的装置。

众所周知，筒子，特别是一个合成丝线的卷筒的直径借助于一个设置成可旋转的探测辊子来求得。对此探测辊子靠在筒子上并和它一起旋转。如果在探测辊子的区域出现丝线故障，丝线就会被卷到探测辊子上。这种不要求的丝线卷绕导致运行故障。这个运行故障也会引起装在卷绕头前面的往复装置的故障，并在较短的时间内由于卷绕在探测辊子上的丝线并迅速扩大而引起丝线卷绕装置的严重损坏。

为了使运行故障和损坏的程度尽可能减小，已经推荐在探测辊子的切向设置一个传感片。因为探测辊子是在振动着的，因而探测辊子和传感片之间必须留有一个气隙。为了确保在任何运行条件下不会由于传感片产生误报警，气隙必须做得适当地大。这会产生以下缺点，要使传感片发生报警信号，探测辊子上必须已经绕了可观的丝线。

有鉴于此已经准备好了以下的建议：配备一个平行于卷绕装置探测辊子设置的光栅。如果现在有一个纤维绕上了探测辊子，那末接收到的光的数量会由于卷绕而发生变化。如果低于预先给定的数值(光电流)，将发出报警信号。

但是这个办法没有考虑探测辊子的振动。探测辊子的振动是由于圆度的不精确以及弯曲或者在纱线卷筒上的压力产生的径向振动引起的。同样轴承的间隙，相邻纱线卷筒的(质量)不平衡和振动的传递也会产生这种振动。

因此这种办法也不能提供对探测辊子或接触辊子满意的监测。

最后由DE 2628994 A1得知：为了在旋转着的接触辊子或探测辊子的选定纵剖面内对丝线卷绕(到探测辊子上)进行监测，从装在辊子上方一定径向距离的一个光源处发生一束与辊子的监控区成O°到90°之间的一个角度的光，反射光通过一个光敏传感器接收并转变成电信号。由此量出反射光或者由卷绕引起的散射光强度的变化，进行评估并转变为纱线切割装置的动作。

这种已知方法的缺点(本发明的出发点)是：监控区基本上是点状的，卷绕装置的(探测)辊子全长只有以很大的技术费用才能进行监控。但是当例如在不断的往复运动时在轴的没有受监控的截面内产生丝线卷绕时这是必需的。卷筒可以运用多个沿辊子安装的光源和检测装置，或者作为另一种选择通过光源和光敏传感装置的往复运动也可以识别这种丝线卷绕。但是由此系统的反应时间很长，对于高的卷绕速度这种监控方法不适用。此外在辊子表面弄脏后反射性能就变差，难以稳定地工作，因此这种已知装置的功能可靠性受到很大的限制。

因此本发明的目的在于：提出一种及早识别丝线处理或丝线卷绕装置中不要求地卷绕在旋转着的辊子的监控区内任何地方的丝线的方法，它可以安全和可靠地工作。其次应该提出一装置，用它能够以较高的功能可靠性和较短的反应时间识别这种装置的辊子上绕上了丝线。

对于按本发明方法该目的可以这样来实现，其中光源的光束照射在辊子的监控区上，光源装在监控区以外并倾斜地照射监控区，同时其中由监控区反射的光线由一个光传感器接收，光源和光传感器位于辊子没有丝线环绕的一侧，光束这样照射在辊子上，使得在辊子的一个母线上形成光带并覆盖监控区，同时光传感器设置在由光源朝监控区照射的光束之外和由辊子反射的光束之外的地方。

本发明还涉及一种用来实施识别卷绕在丝线处理装置或丝线卷绕装置的旋转着的辊子上的丝线即卷绕线团方法的装置，它带一个用来照射辊子的监控区的光源和一个用来接收由监控区反射的光的光传感器，光源以这样一个入射角α照射在辊子的监控区上，使得在监控区内辊子的一条母线上形成一个光带，它覆盖监控区的长度，同时光传感器设置在由光源照射在辊子的监控区上和由辊子反射的光束之外。

通过按本发明的方法开辟了识别绕到一个旋转着的、部分地被行进中的丝线环绕的辊子上的丝线的新途径。为此建议，由一个光源将一束光线以与辊子的母线成一个入射角α投射到辊子上，使它在辊子监控区的整个长度上延伸成一个光带，如果评估在辊子监控区内至少绕上了一根丝线，由绕上的丝线所反射的散射光通过一个传感装置检测并发生报警信号。光传感器的位置在权利要求书中得到。

这种方法是基于如下设想：

通过一个最好是相对于辊子的监控区基本上垂直设置的评估装置使辊子的径向振动对丝线识别没有影响。因此也许在辊子上绕上唯一的一根丝线就已经能评估了。但是光传感器也可以装在别的部位。以一束回环地投射的平行或扩大的光线射向辊子的措施，特别地提供了以下优点：如果正确地调整相对于辊子外周面的入射角α，那么在辊子两个相隔一定间距的法平面之间的整个监控区只要用一个单独的光源和所属的光学投影仪照明。入射角的调整取决于卷绕运行时辊子振动的振幅，辊子制造时的加工误差和辊子上可能存在的起动环(Anlaufring)的高度。这个入射角α在3°到10°之间，最好是5°，在个别情况下根据具体结构情况通过试验确定。因此可在整个监控区内同时识别卷绕，而按现有技术水平只能通过顺序测量逐点识别。因此这样来评估丝线，由多股长丝组成的丝线反射光线好象在丝线卷绕装置的辊子上均匀闪光。这个闪光被评估装置识别为散射光，然后发出一个信号。因此探测辊子在整个监控区上用一束回环投射的光线照射可确保，即使只存在一根或少许卷绕丝线，丝线就会发出闪光，因为辊子本身在光传感器方向只反射很少的光线，因此射入的散射光被识别为偏离也许存在的基本(反)照射(光)。

光线最好是单色的。辊子可以例如借助于激光光源照射。这虽然不是必须的，但是可以提供以下优点：光学投影仪可能需要的透镜系统可以设计得简单一些，因为单色光具有单一的波长，只需要对于这个单一波长考虑透镜的调整。也可以通过滤光器简单地消除日光或环境光线等外界影响的干扰。尤其是激光光源可廉价地提供严格界定的单色光光束。对于本发明优先采用在近红外波长区域工作的电子激光光源。

已知丝线卷绕装置的辊子具有多个轴向相隔一定距离设置的、突出的起动环(Anlaufring)，以便在更换卷筒时对于丝线接线或换接时调整到一个有利的速度。为了确保在起动环旁边无未照亮区，并且同样能识别在起动环的荫影内形成的丝线卷绕，按照本发明的一个方面，用两个基本上在一个平面内的并以一定轴向间距对称设置的光源照射，并以此照亮整个监控区-也包括直接在起动环旁边的区域。使得在辊子上监控区内形成一个基本上共同的光带，光传感器安装在由光源照射在辊子的监控区上的和由辊子反射的光束以外。另外，用来接收卷绕的丝线所反射的光的传感器最好基本设置在辊子的监控区的中央。

应该指出，这个辊子可以是长丝纺丝机的供丝辊或抽丝辊(导丝辊)。但首先可是这种合成丝线纺机上卷绕装置的接触辊子或探测辊子，这种纺纱机的基本结构例如由US5,029,762A得知。

为了识别丝线卷绕到丝线卷绕装置的旋转着的辊子上推荐一种装置，它具有一个光电装置(光传感器)，它在一种优先采用的结构中设置在监控区的中央辊子没有环绕丝线的一侧一定距离的地方，以及包括一个发出(报警)信号的评估装置。光电装置最好和评估装置电气连接。

卷绕在旋转着的辊子上的丝线反射的光线(散射光)通过光电装置接收，转变成一个输入评估装置的固定的电信号，其中当超过公差极限时评估装置发出另一个信号，它可以是一个报警信号或者一个切断丝线的信号。

但是这个装置特别包含一个设置在监控区以外的光源，它发射一束沿辊子纵向、与辊子成很小的入射角的光线。这个光源最好是发射单色光，例如激光光源的光线。例如它在横截面内可以是矩形的或者一种与监控区相匹配的、用适当的光学系统扩散了的光束。

光电装置最好包含一个带设置在一个聚光透镜后面的光传感器的光学投影仪。光传感器可以是一个CCD-阵列或者一个光电二极管。

应用CCD-阵列传感器的优点为，它可以分选出相应于节拍(定时)信号的信号。通过对辊子，特别是对丝线卷绕装置的探测辊子上起动环的轴向位置的识别，来自这个区域的光传感器的测量值很容易用数字逻辑消除。电子系统可以对误差作出迅速反应，误差在几毫秒范围内。

本方法和装置的其他优点和特征将借助于实施例进行阐述。

图1带卷绕监控装置的卷绕头的探测辊子的结构示意图；

图2带另一种结构的光传感器的按图1的变型装置；

图3在辊子的一个径向平面内从光源照射到辊子母线上和被辊子反射的光束。

在例如直径为85mm的轴或者探测辊子1上，做了多个起动环2。它们与一个装夹在没有画出来的夹头轴(Spannfutterwell)上的筒管在换筒后相接触。

探测辊子1由两个与探测辊子保持一定距离的、相互对称设置的、位于一个径向平面内的光源3、4照射。光线或投射光束射向探测辊子1的入射角α这样选择，使辊子1的监控区朝向光电装置(光传感器)6-8一侧的每个区域都被照射到。光源3、4发射一束横截面呈矩形的光线5，它的宽度约1Omm，深度是几毫米，最好是1mm。这可以例如用一个没有画出来的准直光管达到，它包含一个圆柱形透镜。光束5分别在辊子1的监控区内作为一条线或作为在辊子的圆周方向很窄、沿母线分布的光带投射到辊子上。为了照亮在辊子1的两个相距一定距离的法平面之间的整个监控区20，将光源3、4安装在监控区20的外侧。

光电装置(光传感器)6-8基本上垂直于探测辊子1的旋转轴线与探测辊子相隔一定距离地设置在辊子1监控区20上部的基本中间位置。这个装置包括一个聚光镜7，在它后面装有光传感器8。光传感器8由光电二极管组成，它将射入的光转变成光电流15。光传感器8的前面装一个防护罩9，它遮挡由起动环2的区域来的光线。

光传感器8与一个评估装置10相连，而该评估装置又与一个报警装置11电气连接。

一根丝线，例如以8000米/分的速度送进的丝线卷绕到探测辊子1上并形成一个卷绕12，它反射由光源3、4发射的光，光束5的光线在极细微的单丝处弯曲。反射光13通过聚光镜7到达光传感器8。它向评估装置10发出一个信号15，这个信号与一个相应与无干扰状态的信号R相比较。如果比较时出现大于允许公差范围的偏差，则评估装置发出一个报警信号。

通过本发明可以及早识别探测辊子1在其整个监控长度上不要求的丝线的缠绕，特别是在绕上一根或少数几根丝线后就能识别，使得可以在卷绕机形成后继损坏以前就切断丝线。

用光电二极管可以达到非常短的反应时间。响应时间可以达到1微秒。实际的反应时间取决于卷绕丝线反射光线的数量。因此入射角α和投射到辊子1上的光束5的宽度应保持尽可能小，例如α为5°或更小，或者宽度窄于1毫米。

用由1024个像素组成并以15兆赫的节拍频率工作的CCD-传感器可以期望最大反应时间不超过70微秒。

两种可能的传感器的反应时间都明显地低于2毫秒。对于卷绕速度为8000米/分，探测辊子直径为85毫米时为了避免卷绕装置危险零件的后继损坏这个反应时间是足够了。

图2表示一个按图1的卷绕监控装置的变型。这是由从光源3通过一个包含透镜16、17的光学系统投射出来的光束5的透视形成的图像投射在这里没有详细画出来的探测辊子1上。反射光13通过透镜17的凸表面偏转并在光电评估装置(光传感器)7-8上投影，光电评估装置装在反射光线13的光路上，识别这个反射光并把它转化为光电流15。和图1一样这个光电流输入评估装置10，并在那里例如和一个信号R相比较，信号R相当于探测辊子没有绕上丝线时的反射光的强度的光电流15。然后这个差值信号在评估装置10中放大，当超过预先给定的阈值时可以启动报警装置11等等。

按图2结构的优点在于：没有必要将监控装置的构件安装在直接接近要监控的探测辊子的附近，使设计者对于光源3(发射器)和光传感器7、8(接收部分)以及在它们之间的光学系统的安排、装配和维护有较大的自由度。

但是应该指出，在存在一第二光源时-用来照亮整个监控区并避免在可能的起动环旁形成荫影-这两个光源3、4应该设置在相互错开的平行平面内，以避免探测辊子表面反射出来的光线直接射入对面的光传感器。

最后图3表示在一个不带起动环的辊子的径向平面内的结构示意图中的例如光源3相对于辊子1的位置，而且是在辊子监控区20的外面。图3还表示用来识别在监控区20内可能出现的丝线卷绕产生的散射光的光传感器6-8的配置。这个散射光是由在卷绕上的主要是不透明的细微长丝(单丝)入射光束5的反射、弯曲和折射形成的。对于按照图3的结构光传感器可以装在辊子1的上方，也就是说位于光带50所在的辊子1的切平面的上方。其中除了图上荫影线所表示的光源照射在辊子1上的光束5和辊子1反射的光束25的区域以外。在错开一个角度的平面内光传感器6-8可以安装在任何地方。只需要保证光传感器6-8是测量丝线或丝线卷绕形成的散射光，而不是辊子1本身的反射光束，同时可以确定形成光电流偏差的明显的光强差。

Claims (20)

1．用来识别卷绕在旋转着的，被丝线部分环绕的辊子(1)的丝线(12)的方法，其中光源(3,4)的光束照射在辊子(1)的监控区上，光源(3,4)装在监控区以外并倾斜地照射监控区，

同时其中由监控区反射的光线由一个光传感器(6-8)接收，光源(3,4)和光传感器(6-8)位于辊子(1)没有丝线环绕的一侧，

其特征在于，

光束(5)这样照射在辊子(1)上，使得在辊子(1)的一个母线上形成光带(50)并覆盖监控区，

同时光传感器(6-8)设置在由光源(3,4)朝监控区(20)照射的光束(5)之外和由辊子(1)反射的光束(5)之外的地方。

2．按权利要求1的方法，

其特征在于，

光带(50)的宽度小于5mm，最好是小于2mm。

3．按权利要求1的方法，

其特征在于，

光束(5)以一个介于3°和8°之间的，最好是5°左右的入射角α照射在辊子(1)上。

4．按权利要求1的方法，

其特征在于，

用单色光照射轴(1)。

5．按权利要求4的方法，

其特征在于，

光线(5)是一个激光光源的光。

6．按权利要求1至5之一的方法，

其特征在于，

这样地以两个对称分布的、各自带一个光束(5)的光源(3,4)照射辊子(1)，使得在辊子(1)上监控区(20)内形成一个基本上共同的光带(50)，光传感器(6-8)安装在由光源(3,4)照射在辊子(1)的监控区(2)上的和由辊子(1)反射的光束(5)以外。

7．按权利要求1至5之任一项的方法，

其特征在于，

辊子(1)是合成连续丝线卷绕装置的探测辊子(1)。

8．按权利要求1至5之一的方法，

其特征在于，

用来接收卷绕的丝线(12)所反射的光的传感器(6-8)基本设置在辊子(1)的监控区的中央。

9．按权利要求1的方法，

其特征在于，

用来接收由卷绕的丝线(12)反射的光的光传感器(6-8)设置在光路内并平行于产生光束(5)的光源(3)。

10．按权利要求9的方法，

其特征在于，

由光传感器(6-8)接收的光作为电信号(15)采集，同时它的变化被放大以发出报警信号。

11．用来识别卷绕在丝线处理装置或丝线卷绕装置的旋转着的辊子(1)上的丝线(12)即卷绕线团以实施权利要求1至10的方法的装置，带一个用来照射辊子(1)的监控区的光源(3,4)和一个用来接收由监控区反射的光的光传感器(6-8),

其特征在于，

光源(3,4)以这样一个入射角α照射在辊子(1)的监控区(20)上，使得在监控区内辊子(1)的一条母线上形成一个光带(50)，它覆盖监控区的长度，同时光传感器(6-8)设置在由光源(3,4)照射在辊子(1)的监控区(20)上和由辊子(1)反射的光束(5)之外。

12．按权利要求11的装置，

其特征在于，

光源(3)相对于辊子(1)的旋转轴线的入射角(α)介于3°到10°之间，特别是5°。

13．按权利要求11的装置，

其特征在于，

辊子(1)由光源(3)以单色光照射，最为是由一个激光光源产生的光照射。

14．按权利要求11的装置，

其特征在于，

两个光源(3,4)以这样一个入射角(α)照射在辊子(1)的监控区(20)上，使得在辊子(1)的监控区(20)内基本上形成一个共同的光带(50)，它覆盖监控区(20)的长度，同时光传感器(6-8)安装在由两个光源(3,4)照射在辊子(1)上监控区(20)内的和由辊子(1)反射的光束(5)之外。

15．按权利要求11至14之一的装置，

其特征在于，

光传感器(6-8)具有一个设置在由卷绕的丝线(12)反射的光束(5)的光路内的聚光镜(7)。

16．按权利要求11至14之一的装置，

其特征在于，

光传感器(8)具有一个CCD一阵列

17．按权利要求11至14之一的装置，

其特征在于，

光传感器(8)具有一个光电二极管。

18．按权利要求11至14之一的装置，其中辊子(1)具有多个在轴向一定间距上形成的起动环(2)，

其特征在于，

在聚光镜(7)和光传感器(8)之间的光路上设有一个防护罩(9)。

19．按权利要求11至14之一的装置，

其特征在于，

辊子(1)是合成丝纺丝机丝线卷绕装置或丝线传送导丝辊的探测辊子(1)。

20．按权利要求11的装置，

其特征在于，

光传感器(6-8)安装在一个与将光束(5)照射到辊子(1)上去的光源(3)所在平面相平行的平面内。

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