CZ304288B6

CZ304288B6 - Způsob a zařízení ke sledování lineárního útvaru

Info

Publication number: CZ304288B6
Application number: CZ2013-450A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Štusák
Original assignee: Rieter Cz S.R.O.
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-02-12
Also published as: CZ2013450A3; CN104278375B; CN104278375A

Abstract

Vynález se týká způsobu sledování lineárního útvaru, zvláště pohybujícího se lineárního textilního útvaru, při kterém se v rovině kolmé ke směru pohybu lineárního útvaru generuje divergentní svazek paprsků záření, přičemž se obraz lineárního útvaru snímá za lineárním útvarem. Divergentní svazek paprsků záření se před lineárním útvarem opticky transformuje na kolimovaný svazek paprsků záření tvořící světelné pole (6), přičemž se lineární materiál sleduje při jeho příčném pohybu v celé využitelné šíři tohoto světelného pole (6), načež se za světelným polem (6) kolimovaný svazek paprsků záření opticky transformuje na konvergentní svazek paprsků záření, který se snímá v oblasti jejich průsečíku. Vynález se také týká zařízení ke sledování lineárního textilního útvaru.

Description

(57) Anotace:

Způsob a zařízení ke sledování lineárního útvaru

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu sledování lineárního útvaru, zvláště pohybujícího se lineárního textilního útvaru, při kterém se v rovině kolmé ke směru pohybu lineárního úvaru generuje svazek paprsků záření, přičemž se obraz lineárního útvaru snímá za lineárním útvarem.

Vynález se týká také zařízení ke sledování lineárního útvaru, zvláště pohybujícího se lineárního textilního útvaru, obsahující zdroj záření a optický přijímač záření, mezi kterými je uspořádáno světelné pole, kterým prochází kolmo na osu toku paprsků záření sledovaný textilní útvar.

Dosavadní stav techniky

Ke sledování lineárního textilního útvaru se v textilním průmyslu využívá celá řada různých typů čidel. Jejich prostřednictvím se zjišťují vlastnosti příze, nebo obecně vlákenného útvaru, v procesu jeho výroby. Zjišťování přítomnosti příze vdaném místě, průměru příze a jeho kolísání, a/nebo zjišťování přítomnosti cizích částic, se provádí za účelem řízení určitého textilního procesu nebo za účelem zjištění úrovně kvality výsledného produktu. Taková čidla velmi často pracují na optickém principu.

Příze se při sledování vyskytuje a/nebo pohybuje ve směru své délky ve světelném poli, mezi zdrojem záření a přijímačem záření. Světelné poleje tak přítomností a/nebo pohybem lineárního textilního útvaru ovlivňováno.

Zdrojem záření bývá nejčastěji svítivá dioda emitující záření ve viditelné nebo neviditelné oblasti, přijímačem je obvykle fotodioda nebo fototranzistor. Světelné pole generované tímto způsobem je vzhledem k nestabilní poloze snímaného lineárního útvaru úzké. Omezený prostor, ve kterém se musí lineární útvar nacházet, klade nároky na konstrukční zabezpečení přesné polohy lineárního útvaru v rozsahu světelného pole snímače. Relativně úzký paprsek mezi zdrojem záření a přijímačem je využíván pro zjišťování pohybující se příze, která při kmitání v oblasti světelného paprsku paprsek přerušuje, nebo alespoň mění modulaci světelného toku, což indikuje její přítomnost. Takovými řešeními byly například dokumenty CH660585, DE3830665, nebo CZ281815B6. Zjišťování změn průměru příze lze těmito zařízeními provádět pouze omezeně.

Zařízení podle CZ2996447B6 využívá bodového zdroje záření, proti kterému je umístěn optický řádkový snímač CMOS. Vzhledem ke kmitání pohybující se příze musí příze být ve větší vzdálenosti od bodového zdroje záření, navíc řádkové snímače jsou relativně nákladné. Určité zlepšení představuje spojná čočka předřazená před optický přijímač, účinnost tohoto řešení nebývá vysoká.

Řešení podle CN202372151U se zabývá snímáním odraženého záření od vedle sebe umístěných vzorků hedvábí. Bodovým zdrojem záření je polovodičový laser, jehož záření je rozptylováno válcovou čočkou, za kterou je svazek paprsků kolimován spojnou čočkou. Tímto svazkem paprsků, jsou ozařovány vzorky hedvábí odražené paprsky procházejí další spojnou čočkou, za jejímž ohniskem je umístěn řádkový CCD fotosnímač.

Pro sledování přítomnosti pohybujícího se lineárního textilního útvaru a/nebo pro měření jeho průměru se také používá větší množství lineárně umístěných zdrojů záření a proti nim stejně umístěné množství optických přijímačů. Nevýhodou je ovšem relativně vysoká cena.

Cílem vynálezu je navrhnout způsob a zařízení ke generování světelného pole a jeho snímání, který by umožnil spolehlivé sledování přítomnosti a/nebo pohybu lineárního textilního útvaru

- 1 CZ 304288 B6 a/nebo vyhodnocování změn jeho průměru, přičemž by navržené zařízení bylo levnější ve srovnání s technicky dokonalými zařízeními podle dosavadního stavu techniky.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem sledování lineárního útvaru, při kterém se v rovině kolmé ke směru pohybu lineárního útvaru generuje divergentní svazek paprsků záření, přičemž se obraz lineárního útvaru snímá za lineárním útvarem. Podstatou vynálezu je to, že se divergentní svazek paprsků záření před lineárním útvarem opticky transformuje na kolimovaný svazek paprsků záření tvořící světelné pole, přičemž se lineární materiál sleduje při jeho příčném pohybu v celé využitelné šíři tohoto světelného pole, načež se za světelným polem kolimovaný svazek paprsků záření opticky transformuje na konvergentní svazek paprsků záření, který se snímá v oblasti jejich průsečíku. Konvergentní svazek paprsků, které se protínají v místě bodového přijímače, přivádí bodovému přijímači velké množství světelné energie, což umožňuje velmi dobře hodnotit sledované vlastnosti lineárního materiálu, přičemž se snižují náklady na zařízení alespoň o rozdíl ceny bodového přijímače a obvyklého přijímače řádkového.

Cíle vynálezu je rovněž dosaženo zařízením ke sledování lineárního útvaru, jehož podstatou je to, že optickým přijímačem je bodový přijímač záření, přičemž mezi bodovým zdrojem záření a světelným polem je uspořádán první opticky aktivní prvek charakteru válcové spojné čočky, přičemž mezi světelným polem a bodovým přijímačem záření je uspořádán druhý opticky aktivní prvek charakteru válcové spojné čočky, přičemž osy válců těchto čoček jsou navzájem mimoběžně kolmé, přičemž jsou kolmé i vzhledem k ose toku paprsků záření. Tím je dosaženo dostatečně širokého světelného pole, ve kterém se při činnosti textilního stroje pohybující se lineární útvar nachází a které prakticky nemůže opustit. Navíc je světelná energie soustředěna do plošky bodového přijímače aje tedy efektivně využita.

Bodový zdroj záření má ve směru lineárního útvaru omezený úhel vyzařování, přičemž první opticky aktivní prvek je dvojvypuklou válcovou čočkou, jejíž část přivrácená k bodovému zdroji záření je konvexní válcovou plochou, přičemž osa jejího válce je mimoběžně kolmá k lineárnímu útvaru, přičemž její část odvrácená od bodového zdroje záření je konvexní válcovou plochou, přičemž osa jejího válce je rovnoběžná s lineárním útvarem, přičemž druhý opticky aktivní prvek je ploskovypuklou válcovou čočkou, jejíž část přivrácená k textilnímu útvaru je rovinnou plochou, přičemž její část odvrácená od lineárního útvaru je konvexní válcovou plochou, přičemž osa jejího válce je rovnoběžná s lineárním útvarem. Takové uspořádání optické soustavy přináší výhody výše popsané.

Výhodným zdrojem záření je světloemitující dioda pracující ve viditelném nebo neviditelném spektru, a přijímač záření je tvořen fotodiodou nebo fototranzistorem pracujícím ve spektrální oblasti odpovídající zdroji záření. Tyto prostředky jsou obecně obvyklé a spolehlivé, a jejich použití má velký podíl na nízkých pořizovacích nákladech a vysoké spolehlivosti zařízení.

Výhodu přináší možnost kompaktního uspořádání, kdy opticky aktivní členy jsou vyrobeny jako společný výlisek z materiálu vhodného pro dané spektrum záření. Tento společný výlisek obsahuje zdroj záření a přijímač záření, přičemž umožňuje průchod světelného záření od zdroje záření k přijímači záření, přičemž působí jako filtr proti pronikání záření z okolí k přijímači záření.

Kompaktní výlisek obsahuje s výhodou prostředek zabraňující sledovanému lineárnímu úvaru opustit světelné pole. To je výhodné pro případ, že by se běžící lineární útvar v oblasti světelného pole nadměrně rozkmital.

-2CZ 304288 B6

Objasnění výkresů

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno schematicky na výkrese, kde je na obr. 1 šikmý pohled na vzájemné uspořádání dvou opticky aktivních prvků umístěných mezi zdrojem a přijímačem záření a na obr. 2 příkladné kompaktní uspořádání zařízení.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obrázku 1 je znázorněno uspořádání příkladného provedení zařízení ke sledování přítomnosti a/nebo průměru pohybujícího se lineárního textilního útvaru podle vynálezu. Zařízení je uspořádáno na dopřádacím stroji v oblasti mezi výstupem příze I od místa její tvorba a příslušným navíjecím ústrojím.

Zařízení využívá reálného bodového zdroje 2 záření s omezeným úhlem vyzařování, kterým je svítivá dioda emitující záření v infračervené oblasti, a reálného bodového přijímače 3, kterým je fototranzistor. V příkladném provedení se jedná o výkonnou záření emitující diodu SFH4244 a fototranzistor TEFT4300.

Mezi bodovým zdrojem 2 záření a bodovým přijímačem 3 záření je umístěna optická soustava tvořená dvěma aktivními optickými prvky.

Prvním z těchto aktivních prvků, který je umístěn mezi bodovým zdrojem 2 a pohybující se přízí i, je dvojvypuklá válcová čočka 4 spojného charakteru. Její vstupní část přivrácená k bodovému zdroji 2 je konvexní válcovou plochou 41, přičemž osa příslušného válce je mimoběžné kolmá ke směru pohybující se příze 1. V příkladném provedení má konvexní válcová plocha 41 poloměr R41 = 5 mm, délka L4 této čočky ve směru osy válce konvexní válcové plochy 44 činí v příkladném provedení 10 mm. Výstupní část dvojvypuklé válcové čočky 4 odvrácená od bodového zdroje 2 záření je konvexní válcovou plochou 42 o větším poloměru R42, přičemž osa příslušného válce je mimoběžné kolmá k ose válce konvexní válcové plochy 41 této dvojvypuklé válcové čočky 4. Poloměr R42 tvoří lomovou plochu, za níž existuje kolimovaný svazek paprsků.

Druhým aktivním optickým prvkem je ploskovypuklá válcová čočka 5 umístěná mezi pohybující se přízí i a bodovým přijímačem 3 záření. Její vstupní část přivrácená k pohybující se přízi i je rovinnou plochou 51, která je rovnoběžná s pohybující se přízí 12 a s osami válců obou konvexních ploch 41, 42 dvojvypuklé válcové čočky 4. Výstupní část ploskovypuklé válcové Čočky 5 přivrácená k bodovému přijímači 3 je konvexní válcovou plochou 52 o poloměru R52 = 5 mm, přičemž osa válce konvexní válcové plochy 52 je rovnoběžná s pohybující se přízí 1. Délka L5 ploskovypuklé válcové čočky 5 ve směru osy válce konvexní válcové plochy 52 činí 10 mm. Osy konvexní válcové plochy 41, konvexní válcové plochy 52, ideální osa pohybující se příze 1, bodový zdroj 2 a bodový přijímač 3 leží ve společné rovině.

Za předpokladu příslušné vzájemné vzdálenosti bodového zdroje 2 záření dvojvypuklé válcové čočky 4 je mezi čočkami 4 a 5 vytvořena optická zóna se širokým světelným polem 6 tvořeným kolimovaným zářením, které vytváří na rovinné ploše 51 ploskovypuklé válcové čočky 5 obraz ve tvaru přímky, resp. úzké obdélníkové plochy 50 o výšce V a šířce L, kolmé na osu válce konvexní válcové plochy 52. Vzhledem k tomu, že konvexní válcová plocha 41 čočky 4 a konvexní válcová plocha 52 ěoěky 5 jsou stejné opticky aktivní prvky charakteru spojné válcové čočky vzájemně pootočené v rovině kolmé na postup záření o 90°, vznikne v obrazovém ohnisku čočky 5 obraz bodového zdroje 4 záření. V tomto bodu je umístěn bodový přijímač 3 záření. V příkladném provedení je výška V plochy světelného obrazu asi 3 mm a její šířka L je 10 mm. Využitelná šířka L_ft světelného pole 6 činí v příkladném provedení 8 mm, přičemž je symetricky rozložena vzhledem k ose postupu záření. Tato šířka L6 světelného pole 6 je dostatečná ktomu, aby příčně kmitající pohybující se příze i neopustila světelné pole 6. Plocha světelného obrazu o

-3CZ 304288 B6 výšce V představuje ve srovnání s přímkovým světelným obrazem větší energii záření přijímanou bodovým snímačem a tím i dokonalejší rozpoznání sledovaného lineárního útvaru.

Je zřejmé, že k transformaci svazku paprsků generovaných bodovým zdrojem na světelné pole tvořené kolimovaným zářením lze namísto dvojvypuklé válcové čočky 4 použít například dvou ploskovypuklých válcových čoček v odpovídající vzájemné poloze.

V neznázoměném provedení jsou opticky aktivní členy vyrobeny jako společný kompaktní výlisek z materiálu vhodného pro dané spektrum záření.

V jiném provedení znázorněném na obr. 2 je součástí společného kompaktního výlisku 7 nejen dvoj vypuklá válcová čočka 4 a ploskovypuklá válcová Čočka 5, ale i zdroj 2 záření a přijímač 3 záření. Samozřejmě je umožněn volný průchod záření od zdroje 2 záření a přijímači 3 záření.

V místě výřezu 71 desky kompaktního výlisku 7 může být navíc uspořádán neznázoměný zajišťovací omezovač bočního výkmitu pohybující se příze I. Alespoň vodicí povrch omezovače bočního výkmitu pohybující se příze 1. Alespoň vodicí povrch omezovače je v příkladném provedení opatřen otěruvzdomou vrstvou vytvořenou na bázi umělého korundu. Kompaktní celek 7 tvoří v dalším provedení současně neznázoměný filtr proti pronikání záření z okolí k přijímači 3 záření. Provedení kompaktního výlisku znázorněné na obr. 2 je jen příkladem uspořádání, která mohou být v rozsahu patentových nároků modifikována.

Uspořádáni podle vynálezu umožňuje vytvořit při použití jediného zdroje záření a jediného přijímače záření široké světelné pole, které spolehlivě snímá lineární útvar bez nutnosti jeho přesné polohové stabilizace. To je důležité s ohledem na malé prostorové možnosti, které jsou pro snímače příze na pracovních místech textilních strojů k dispozici i na cenu drahých řad zdrojů a přijímačů záření.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob sledování lineárního útvaru, zvláště pohybujícího se lineárního textilního útvaru, při kterém se v rovině kolmé ke směru pohybu lineárního útvaru generuje divergentní svazek paprsků záření, přičemž se obraz lineárního útvaru snímá za lineárním útvarem, vyznačující se tím, že se divergentní svazek paprsků záření před lineárním útvarem opticky transformuje na kolimovaný svazek paprsků záření tvořící světelné pole (6), přičemž se lineární materiál sleduje při jeho příčném pohybu v celé využitelné šíři tohoto světelného pole (6), načež se za světelným polem (6) kolimovaný svazek paprsků záření opticky transformuje na konvergentní svazek paprsků záření, který se snímá v oblasti jejich průsečíku.
2. Zařízení ke sledování lineárního úvaru, zvláště pohybujícího se lineárního textilního útvaru, obsahující bodový zdroj (2) záření a optický přijímač (3) záření, mezi kterými je uspořádáno světelné pole (6), kterým prochází kolmo na osu toku paprsků záření sledovaný textilní útvar, vyznačující se tím, že optickým přijímačem je bodový přijímač (3) záření, přičemž mezi bodovým zdrojem (2) záření a světelným polem (6) je uspořádán první opticky aktivní prvek charakteru válcové spojné čočky, přičemž mezi světelným polem (6) a bodovým přijímačem (3) záření je uspořádán druhý opticky aktivní prvek charakteru válcové spojné čočky, přičemž osy válců těchto čoček jsou navzájem mimoběžně kolmé, přičemž jsou kolmé i vzhledem kose toku paprsků záření.
3. Zařízení ke sledování lineárního útvaru podle nároku 2, vyznačující se tím, že bodový zdroj (2) záření má ve směru lineárního útvaru omezený úhel vyzařování, přičemž první opticky aktivní prvek je dvojvypuklou válcovou čočkou (4), jejíž část přivrácená k bodovému

-4CZ 304288 B6 zdroji (2) záření je konvexní válcovou plochou (41), přičemž osa jejího válce je mimoběžně kolmá k lineárnímu útvaru, přičemž její část odvrácená od bodového zdroje (2) záření je konvexní válcovou plochou (42), přičemž osa jejího válce je rovnoběžn á s lineárním útvarem, přičemž druhý opticky aktivní prvek je ploskovypuklou válcovou čočkou (5), jejíž část přivrácená k textilnímu útvaru je rovinnou plochou (51), přičemž její část odvrácená od lineárního útvaru je konvexní válcovou plochou (52), přičemž osa jejího válce je rovnoběžná s lineárním útvarem.
4. Zařízení ke sledování lineárního útvaru podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zdrojem (2) záření je světloemitující dioda pracující ve viditelném nebo neviditelném spektru, a přijímač (3) záření je tvořen fotodiodou nebo fototranzistorem pracujícím ve spektrální oblasti odpovídající zdroji (2) záření.
5. Zařízení ke sledování lineárního útvaru podle kteréhokoliv z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že opticky aktivní členy jsou vyrobeny jako společný kompaktní výlisek z materiálu vhodného pro dané spektrum záření.
6. Zařízení ke sledování lineárního útvaru podle nároku 5, vyznačující se tím, že společný kompaktní výlisek (7) obsahuje zdroj (2) záření a přijímač (3) záření, přičemž umožňuje průchod světelného záření od zdroje (2) záření k přijímači (3) záření, přičemž působí jako filtr proti pronikání záření z okolí k přijímači (3) záření.
7. Zařízení podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že kompaktní výlisek (7) obsahuje prostředek zabraňující sledovanému lineárního útvaru opustit světelného pole (6).