DE10259727A1 - Tensiometer - Google Patents

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DE10259727A1
DE10259727A1 DE2002159727 DE10259727A DE10259727A1 DE 10259727 A1 DE10259727 A1 DE 10259727A1 DE 2002159727 DE2002159727 DE 2002159727 DE 10259727 A DE10259727 A DE 10259727A DE 10259727 A1 DE10259727 A1 DE 10259727A1
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tensiometer
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DE2002159727
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Lars Helge Gottfrid Tholander
Birger Johansson
Jonas Frendin
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Iropa AG
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Iropa AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/105Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using electro-optical means

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Abstract

Ein Tensiometer (T) zur Messung der Spannung in fadenförmigem Material weist einen mit einem eingespannten Torsionselement (F) verbundenen Fadenarm (D) und eine opto-elektronische Abtastvorrichtung (A) auf, wobei die Abtastvorrichtung (A) die Torsion des Torsionselements (F) unter der Fadenspannung mit einem lichtpositionssensitiven Detektor (P) auf optischem Wege vergrößert abgreift.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Tensiometer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
  • Anwendungsgebiet solcher Tensiometer ist beispielsweise die Fadenverarbeitungsindustrie oder Textiltechnik. Die Spannung wird gemessen, entweder um Aufschluss über das Arbeiten des fadenverarbeitenden Systems zu erhalten, oder um das fadenverarbeitende System und/oder auf den Faden einwirkende Zubehörvorrichtungen in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung zu steuern.
  • Der aus EP 0 288 784 A bekannte Tensiometer wird im Fadenweg in die oder aus der Textilmaschine so positioniert, dass der Faden am Fadenarm umgelenkt wird und das Torsionselement tordiert. Dabei wird der Fadenarm verlagert. Die optoelektronische Abtastvorrichtung tastet Positionsänderungen einer Verlängerung des Fadenarms ab und liefert ein Signal, das zum Ermitteln der Fadenspannung ausgewertet und weiterverarbeitet wird. Für genaue Messergebnisse ist hoher Abtastaufwand erforderlich. Das Torsionselement dient nur zum Steuern der Auslenkung des Fadenarms.
  • Bei dem aus DE 198 37 414 A bekannten Tensiometer wird die Fadenspannung elektrisch gemessen. Der Fadenarm ist mit einem Biegeträger verbunden, der einseitig eingespannt ist und wenigstens einen Dehnungsmessstreifen trägt. Die fadenkraftbedingte Verformung des Biegeträgers wird über den Dehnungsmessstreifen in ein elektrisches Signal gewandelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen baulich einfachen, betriebs- und funktionssicheren Tensiometer einer anderen Art zu schaffen.
  • Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Abtastung der Torsion des Torsionselements mittels des lichtpositionssensitiven Detektors misst die Spannung sehr einfach und zuverlässig, weil die Torsion durch den Verstärkungsabstand ins Größere übersetzt wird, und diese Detektorart ein die Span nung und Spannungsänderungen im Faden sehr klar repräsentierende Signale liefert. Selbst eine kleine Torsion erzeugt bereits ein sehr aussagefähiges Ausgangssignal, das ohne nennenswerten elektronischen Aufwand auswertbar ist. Da für den zu überwachenden Fadenspannungsbereich ferner eine relativ kleine maximale Torsion genügt, lässt sich für die Messungen ein im Wesentlichen linearer Bereich der Federkurve des Torsionselements nutzen, was ein linear proportionales Signal ergibt, da die Torsion innerhalb dieses Linear-Bereiches direkt proportional zum ausgeübten Torsions-Drehmoment ist. Der lichtpositionssensitive Detektor, dessen Ausgangssignal von der Position des auftreffenden Lichts abhängt, wandelt sozusagen die am Torsionselement abgegriffene und ins Größere übersetzte Torsion gleich in einen Messwert der Fadenspannung um. Da außer dem Fadenarm keine weiteren Massen bewegt werden, und das Torsionselement torsionssteif sein kann, arbeitet der Tensiometer mit wünschenswert hoher Eigenfrequenz, z.B. größer 2,5 KHz. Es existiert keine spürbare Signaldrift oder Hysterese. Der Tensiometer leidet nicht unter Alterung. Der Signalgradient kann wünschenswert steil sein, d.h. es wird eine starke Modulation erreicht. Die Stelle, an der der umgelenkte Faden Reibungswärme an den Fadenarm abgibt, ist von den elektronischen Komponenten weit entfernt. Das Torsionselement kann mit der Abtastvorrichtung in einem abgeschirmten Bereich untergebracht sein, so dass auch der in der fadenverarbeitenden Technik unvermeidbare Flusenflug keine nennenswerte Betriebsgefahr (z.B. Verschmutzung der Lichtwege) erzeugt. Der Tensiometer ist weitestgehend wartungsfrei und kompakt.
  • Ist der Lichtgeber direkt am Torsionselement angeordnet, dann wird die Torsion optisch unmittelbar abgegriffen.
  • Alternativ kann, z.B. um die Abtastvorrichtung hermetisch abzuschirmen, die Torsion mit einem Träger mechanisch zur Abtastvorrichtung übertragen werden.
  • Der Lichtgeber, z.B. am Torsionselement, kann eine Lichtquelle sein, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, um Streuungen zu vermeiden, oder ein mit Licht beaufschlagter Reflektor.
  • Eine sehr zweckmäßige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtgeber ein am Torsionselement angeordneter, von der stationären Lichtquelle mit Licht beaufschlagter Reflektor ist, und dass eine relativ große Referenzfläche der lichtpositionssensitiven Detektors mit Abstand auf den Reflektor ausgerichtet ist. Der Detektor liefert ein Ausgangssignal, das sich proportional zur Position des auftreffenden Lichts ändert, bzw. proportional zur Position ist, und natürlich proportional zur gemessenen Spannung.
  • Die Lichtquelle ist zweckmäßig ein VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) der handelsüblich und kostengünstig ist. Es wird mit einem sehr kleinen Lichtpunkt oder schmalen Lichtbalken gearbeitet, der unempfindlich gegen Fremdlicht ist. Außerdem kann, da nur der Fadenarm Fadenkontakt hat, die Abtastvorrichtung in einem schmutz- und fremdlichtgeschützten Bereich angeordnet sein, was trotz weitgehender Wartungsfreiheit lange Standzeiten sichert.
  • Um das Torsionsverhalten des Torsionselements nicht zu beeinflussen, kann der Reflektor oder der Lichtgeber außen an die Torsionsfeder angehaftet sein.
  • Alternativ kann der Reflektor direkt in das Torsionselement geformt sein, beispielsweise als eine eingeschliffene Fläche, die, vorzugsweise, verspiegelt ist. Die Fläche ist zweckmäßig konkav, oder auch eben.
  • Der Tensiometer ist einfach und kostengünstig, wenn das Torsionselement ein Rundstab, vorzugsweise aus Federstahldraht mit 1,0 mm Durchmesser, oder ein Rohr ist. Die Torsionsfeder braucht ggfs. nur um etwa 10,0 mm lang zu sein (hohe Eigenfrequenz). Das Rohr kann mindestens einen Längsschlitz aufweisen, um biegesteif aber dennoch tordierbar zu sein.
  • Bei einer zweckmäßige Ausführungsform ist das als Rohr ausgebildete Torsionselement an einem oder beiden Enden verdrehfest eingespannt. Der Fadenarm erstreckt sich entweder von dem freien Endbereich des Rohres weg, oder in etwa in der Mitte zwischen den beiden Einspannstellen. Im Inneren des Rohres ist der Träger festgelegt, der sich durch die oder eine Einspannstelle des Rohres hindurch bis zu der Abtastvorrichtung erstreckt und im Bereich der Abtastvorrichtung den Lichtgeber (eine Lichtquelle, oder einen Reflektor) aufweist. Hierbei lässt sich die Abtastvorrichtung hermetisch gegenüber der Außenumgebung abschirmen, weil zwischen der Abtastvorrichtung und dem Fadenarm nur eine feste Einspannstelle ohne Drehlagerungsfunktion vorliegt, und der Träger auch das Innere des Rohres zur Abtastvorrichtung hin ohne verschmutzungsanfällige Drehlagerungsfunktion abschirmt.
  • Eine von der Fadenkraft erzeugte Biegung des Torsionselements könnte die Messgenauigkeit beeinflussen, beispielsweise die Lichtübertragung auf den positionssensitiven Detektor. Deshalb ist es zweckmäßig, ein Torsionselement zu benutzen, das möglichst biegesteif ist und sich dennoch tordieren lässt. Gemäß eines wichtigen Aspekts der Erfindung kann das Torsionselement ein biegesteifes tordierbares Torsionsprofil mit einem im Schnitt quer zur Torsionsachse dreidimensionalen Querschnitt sein. Besonders geeignet ist hierfür ein L-, T-, U-, H-Profil, d.h. ein Torsionsprofil, dessen Biegesteifigkeit im Verhältnis zur Torsionssteifigkeit bewusst hoch ausgelegt ist.
  • Baulich einfach ist das Torsionsprofil in einem die Einspannstelle definierenden Halteprofil oder Gehäuseteil, vorzugsweise einstückig mit diesem, angeordnet. Dies verringert die Anzahl der Teile des Tensiometers und vereinfacht die Halterung des Torsionsprofils. Die Begrenzungsausschnitte sind so gesetzt, dass das biegesteife Torsionsprofil sich zwar unter der Fadenkraft tordieren lässt, jedoch nicht oder nur vernachlässigbar gebogen wird. Der Tensiometer ist baulich einfach, wenn das Torsionsprofil einstückig in einem Gehäuseteil geformt ist, der die Elektronik und die optische Abtastung abschirmt.
  • Da die Begrenzungsausschnitte Schmutz und Staub Eintritt gewähren würden, ist es zweckmäßig, sie durch eine elastische Abdichtung zu verschließen. Besonders zweckmäßig ist hierfür eine membranartige ebene und elastische Haut, die die Begrenzungsausschnitte schließt und bei Torsion des Torsionsprofils im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Hautebene deformiert wird, so dass sie keinen negativen Einfluss auf die Messgenauigkeit ausübt. In einem einfachen Ausführungsfall können die Begrenzungsausschnitt durch einen aufgeklebten elastischen Streifen verschlossen werden.
  • Zweckmäßig befinden sich der Lichtgeber und der Empfänger im Wesentlichen in derselben, zur Torsionsachse senkrechten Ebene des Torsionselements. Der zum Empfän gen gerichtete Lichtstrahl oder der reflektierte Lichtstrahl bewegt sich relativ zum Empfänger nur in dieser Ebene.
  • Alternativ kann es zweckmäßig sein, den Lichtgeber und den Empfänger im Wesentlichen in derselben, zur Torsionsachse radialen Ebene anzuordnen, die zum Reflektor senkrecht orientiert ist und die Torsionsachse enthält. Dabei schließen die Richtungen des vom Lichtgeber ausgesandten Lichts und des zum Empfänger reflektierten Lichts in dieser Ebene miteinander einen Winkel ein, z.B. einen spitzen Winkel. Diese Anordnung toleriert Fluktuationen des Abstandes des Lichtgebers vom Reflektor und/oder des Empfängers vom Reflektor besser. Grundsätzlich wird die Anordnung in der Abtastvorrichtung so getroffen, dass in der nicht tordierten Ausgangsstellung des Torsionselements der zum Empfänger gerichtete Lichtstrahl einen vorbestimmten Punkt der Referenzfläche des lichtpositionssensitiven Detektors trifft, der, z.B., in etwa in der Mitte der Referenzfläche liegt, um auch negative Torsionen abtasten zu können.
  • Um den Faden schonend zu behandeln, sollte der Fadenarm eine von der Torsionsachse beabstandete, konvex gekrümmte Fadenumlenkfläche aufweisen. Baulich einfach ist z.B. der Fadenarm ein abgekröpftes Ende des Torsionselements. Alternativ kann ein sehr leichter steifer Fadenarm aus dem Material des Torsionselements fremdem Material mit dem Torsionselement verbunden sein.
  • Der Fadenarm kann die Form einer Kurbel, einer Gabel oder eines formschlüssigen Fadenführelementes haben. Eine Kurbel, deren vom Faden kontaktierter Kurbelarm im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse und zu dieser versetzt liegt, bietet den Vorteil, dass Fadenwanderbewegungen entlang des Kurbelarms keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Der Faden bedarf keiner Reibung erzeugenden Führung. Eine Gabel bietet ggfs. den Vorteil einer doppelten Umlenkung des Fadens, so dass der Faden die Fadenspannung verteilt auf das Torsionselement überträgt und dabei schonender behandelt wird. Ein formschlüssiges Fadenführelement des Fadenarms spart zusätzliche Fadenführelemente ein und verhindert das Freikommen des Fadens vom Tensiometer. Der Vorzug ist jedoch einem Fadenarm mit extrem geringer Trägheitsmasse zu geben, um eine möglichst hohe Eigenfrequenz des Tensiometers zu erzielen und Verfälschungen des Messergebnisses zu vermeiden.
  • Zweckmäßig wird das Torsionselement mit der Abtastvorrichtung in einem Gehäuse licht- und schmutzgeschützt untergebracht, aus dem ggfs. nur der Fadenarm herausragt. Der Empfänger und der Lichtgeber sind zweckmäßig an einer Leiterplatine einer elektronischen Auswerteschaltung montiert.
  • Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Schemaansicht eines erfindungsgemäßen Tensiometers,
  • 2 eine Schnittansicht eines Teils der Ausführungsform von 1,
  • 3 eine Seitenansicht zu 2,
  • 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform,
  • 5 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform,
  • 6 eine Seitenansicht zu 5,
  • 7 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,
  • 8 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,
  • 9 eine Draufsicht auf ein Detail der optoelektronischen Abtastvorrichtung des Tensiometers,
  • 10 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,
  • 11 eine Ansicht einer weiterer Ausführungsform,
  • 12 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform,
  • 13 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform,
  • 14 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform,
  • 15 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform, und
  • 16 eine schematische Ansicht zur 14, in Richtung der Torsionsachse.
  • Ein Tensiometer T in 1 hat als Hauptkomponente eine im Wesentlichen gerades Torsionselement F, eine optoelektronische Abtastvorrichtung A, und einen Fadenarm D, an welchem langgestrecktes Material M, z.B. ein Faden Y, umgelenkt wird, dessen Spannung der Tensiometer T misst.
  • Das Torsionselement F besteht z.B. aus Rund- oder Rohrmaterial, z.B. aus Federstahldraht, mit der Form eines Stabes 5, dessen eines Ende 4 als Fadenarm D in etwa senkrecht zur Längsrichtung des Stabes 5 abgekröpft ist. Auch das andere Ende 6 des Stabes 5 ist hier abgekröpft. Das Torsionselement F ist mit dem Ende 6 drehfest in Abstützungen 3 eingespannt. Nahe dem Fadenarm D kann der Stab 5 in einer Drehlagerung 2 verdrehbar abgestützt sein. Um einen bestimmten Abstand des am Fadenarm D in einem Kontaktbereich 4' umgelenkten Fadens Y von der Torsionsachse X des Stabes 5 einzuhalten, kann der Faden Y in Fadenführelementen 1 geführt sein. Anstelle eines Stabes 5 kann auch ein Rohr 5' (4, 7, 8) als Torsionselement F vorgesehen sein, oder ein flächiger Zuschnitt (14).
  • Die optoelektronische Abtastvorrichtung A besteht aus wenigstens einem Lichtgeber Q, Q1 und wenigstens einem Empfänger R, die, z.B. an einer Platine 7 einer elektronischen Auswerteschaltung montiert sind. In 1 ist der Lichtgeber Q1, der den Empfänger R mit Licht L beaufschlagt, ein Reflektor 9, der direkt an der Torsionsfeder F angeordnet ist, und von einem weiteren Lichtgeber Q, beispielsweise einer Diode, vorzugsweise einer VCSEL LL, mit Licht L beaufschlagt wird.
  • Bei Torsion des Torsionselements F wird das reflektierte Licht relativ zum Empfänger R verlagert, der aus der Position bzw. der Positionsänderung des Auftreffpunktes oder Auftreffbalkens des Lichts ein Ausgangssignal erzeugt. Der Empfänger R ist ein lichtpositionssensitiver Detektor P, z.B. ein sogenannter PSD. Der Lichtgeber Q und der Empfänger R sind zweckmäßig in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Torsionsachse X der Torsionsfeder F ist (2, 3).
  • Alternativ kann es zweckmäßig sein, den Lichtgeber Q und den Empfänger R in einer Ebene anzuordnen, die radial zur Torsionsachse X und senkrecht zum Reflektor 9 ist (5, 6). Diese Anordnung toleriert montage- oder thermisch bedingte Abstandsfluktuationen des Lichtgebers besser. In der nicht tordierten Grundstellung des Torsionselement F sollte der Auftreffpunkt des Lichts an einer vorbestimmten Lage der Referenzfläche des Detektors P liegen. Der Detektor P und der Lichtgeber sind relativ zueinander unter einem Winkel angeordnet, z.B. einem spitzen Winkel α.
  • Das Torsionselement F kann mit der optoelektronischen Abtastvorrichtung A in einem licht- und verschmutzungsgeschützten Gehäuse 8 untergebracht sein (gestrichelt angedeutet), aus dem z.B. nur der Fadenarm D herausragt. Zwischen der Torsionsachse X und dem stationären Empfänger R, z.B. zwischen dem Lichtgeber Q, Q1 und Empfänger R ist ein Verstärkungsabstand Z vorgesehen, der bewirkt, dass am Empfänger R das tatsächliche Ausmaß der Torsion um die Torsionsachse X auf optischem Wege vergrößert wird, so dass sich selbst nur inkrementielle Änderungen der Torsion deutlich messbar darstellen.
  • In 2 ist der den Lichtgeber Q1 in 1 bildende Reflektor 9 entweder eine in das Torsionselement F eingeformte ebene Fläche (eine geschliffene Fläche eben oder sogar konkav gegebenenfalls mit einer Verspiegelung), oder an einem am Außenumfang angehafteten ggfs. konkaven Reflektorkörper 10 vorgesehen. Torsionsbewegungen (Doppelpfeil 11) des Torsionselements F bewirken die Verlagerung des zum Empfänger R reflektierten Lichts, der daraus das von der Torsion abhängige Ausgangssignal ableitet, das direkt und zweckmäßig linear proportional zur Fadenspannung ist. Hierzu sollten die mechanischen Komponenten so ausgelegt sein, dass das Torsionselement F nur in einem zumindest im Wesentlichen linearen Bereich seiner Federkennlinie arbeitet.
  • In 4 ist der Lichtgeber Q selbst direkt an der Torsionselement F (z.B. einen Rohr 5') befestigt und auf den lichtpositionssensitiven Detektor P ausgerichtet, der mit dem Abstand Z stationär angebracht ist.
  • Bei der in 7 der Deutlichkeit halber in stark vergrößertem Maßstab gezeigten Ausführungsform ist das Torsionselement F als Rohr 5' ausgebildet und an einem Ende verdrehfest in einem nicht näher dargestellten Gehäuse 8 oder einer Gehäusewand eingespannt. Die Einspannstelle ist hermetisch dicht. Nahe dem freien Ende des Rohres 5' ist der Fadenarm D angebracht, beispielsweise ausgebildet als Haken oder Öse 15. Im Inneren des Rohres 5' ist ein Träger 18 so angeordnet, dass er mit einem verdickten Endteil 19 nahe dem freien Ende des Rohres 5' in diesem festgelegt ist und dieses hermetisch verschließt, und sich mit dem anderen Ende über die Einspannstelle hinaus zu einem Endteil 20 erstreckt, das den Lichtgeber Q1 bzw. den Reflektor 9 trägt. Der Empfänger R und, im Falle des Reflektors 9, der Lichtgeber Q sind hier in derselben zur Torsionsachse X radialen und zum Reflektor 9 senkrechten, die Torsionsachse X enthaltenden Ebene angeordnet, wobei die Lichtwege einen Winkel a miteinander einschließen. Gegebenenfalls ist der Endteil 20 des Trägers 18 drehbar abgestützt (nicht gezeigt).
  • Bei der der 7 ähnlichen Ausführungsform in 8 ist das Rohr 5' an beiden Enden verdrehfest eingespannt, z.B. an Gehäusewänden 8. Die Abtastvorrichtung mit dem Empfänger R und dem Lichtgeber Q bzw. dem Reflektor 9 als Lichtgeber Q1 ist hermetisch gegenüber dem Fadenarm D abgeschirmt. Die Torsion des Rohres 5' wird durch den Träger 18 durch die Einspannstelle hindurch zur Abtastvorrichtung übertragen. Der eine Endteil 19 des Trägers 18 ist hier in etwa im Mittelbereich im Rohr 5' festgelegt. Beispielsweise wird der Fadenarm D mit einer Spannschelle 21 festgelegt, die auch den Endteil 19 einspannt. Das freie, andere Ende des Trägers 18 kann drehbar abgestützt sein, muss jedoch nicht. Das andere Ende des Rohres 5' kann durch eine Abdeckkappe 22 verschlossen sein. Der Empfänger R und, im Falle des Reflektors 9, der Lichtgeber Q, sind hier in einer zur Torsionsachse X radialen und zum Reflektor 9 senkrechten Ebene angeordnet, die die Torsionsachse X enthält.
  • 9 ist eine Ansicht einer Referenzfläche 12 des lichtpositionssensitiven Detektors P. Torsionsabhängig verlagert sich die Position des auftreffenden Lichts L (ein Lichtbalken oder ein Lichtpunkt) in Richtung des Doppelpfeiles 11'. Das abgegriffene Signal ist linear proportional zur Position des auftreffenden Lichts innerhalb der Länge der Referenzfläche 12. Die Referenzfläche 12 erstreckt sich (eben oder um die Torsionsachse X gekrümmt) mit ihrer Längsachse zweckmäßig in der Bewegungsrichtung des Lichts L.
  • In 10 ist der Fadenarm D als Kurbel 13 ausgebildet, an der der Faden einen in etwa zur Torsionsfeder F parallelen und seitlich dazu versetzten Kurbelarm kontaktiert.
  • In 11 ist der Fadenarm D eine Gabel 14, wobei der Faden wahlweise einfach oder zweifach umgelenkt sein kann.
  • In 12 ist das Torsionselement F an beiden Enden verdrehfest abgestützt. Der Fadenarm D ist in etwa in der Mitte am Torsionselement F angebracht. In diesem Bereich ist auch die Abtastvorrichtung A angeordnet.
  • In 13 ist der Fadenarm D ein formschlüssig wirkendes, z.B. hakenartiges Fadenführelement 15, das mit Abstand von der Torsionsachse X wirkt.
  • In 14 ist das Torsionselement F als Torsionsprofil beispielsweise aus flächigem Federstahlblech mit zwei beabstandeten Querschenkeln 17 und einem diese verbindenden Mittelschenkel 16 geformt. In etwa in der Mitte des Mittelschenkels 16 ist der Fadenarm D an einer Seite festgelegt, während beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite der Reflektor 9, 10 für die Abtastvorrichtung A vorgesehen sein kann. Hier gibt es eine virtuelle Torsionsachse X.
  • Bei der Ausführungsform der 15 und 16 wird das Torsionselement F durch ein biegesteifes, tordierbares Torsionsprofil 5" gebildet, das in einem Querschnitt quer zur Torsionsachse X dreidimensional ausgebildet ist. Gezeigt ist ein L-Winkelprofil. Alternativ könnte das Torsionsprofil 5" auch einen U-, H-, T-Querschnitt haben, oder als relativ großdurchmessriges Rohr ausgebildet sein, das durch wenigstens einen Längsschlitz tordierbar gemacht wird und dabei sehr biegsteif bleibt.
  • In 15 ist das Torsionsprofil 5'' durch Begrenzungsausschnitt 23 in einem L-Halteprofil N (oder einem entsprechend ausgebildeten Gehäuseteil 8) definiert, so dass durch das Ende der Begrenzungsausschnitte gleichzeitig auch die Einspannstelle 3' des Torsionselements F gebildet wird. Der Fadenarm D ist beispielsweise beim freien Ende des Torsionsprofils 5" angeordnet. Die elektronischen Komponenten und die optoelektronische Abtastvorrichtung sind an der Hinterseite des Torsionsprofils 5'' in 15 platziert (nicht gezeigt) und abgeschirmt. Um das Eindringen von Staub oder Verunreinigungen ins Innere zu verhindern, sind die Begrenzungsausschnitte 23 durch eine elastische Abdichtung 24 verschlossen, beispielsweise eine ebene membranartige elastische Haut, oder einen aufgeklebten elastischen Streifen aus Gummi oder Kunststoff.
  • 16 verdeutlicht die Anordnung der Lichtquelle Q mit der Reflexionsfläche 10, Q1 und dem Empfänger R, der mit dem Reflexionslicht L beaufschlagt wird. Bei Torsion des Torsionsprofils 5'' unter der Kraft des Fadens Y auf dem Fadenarm D wird die Abdichtung 24 im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Hauptebene deformiert, so dass sie keinen Störeinfluss auf die Messgenauigkeit ausübt.
  • Das Torsionsprofil 5'' der 15 und 16 könnte analog zu 8 an beiden Enden eingespannt sein. Das Torsionsprofil 5'' könnte ferner am Halteprofil H bzw. am Gehäuseteil 8 auch auf andere Weise festgelegt sein (nicht einstöckig), beispielsweise eingesteckt in eine passende Aufnahme.

Claims (22)

  1. Tensiometer (T) zum Messen der Spannung in langgestrecktem Material (M), insbesondere in einem Faden (Y), mit einem mit einem zumindest an einem Ende eingespannten Torsionselement (F) verbundenen, vom Faden (Y) kontaktierten Fadenarm (D) zum fadenspannungsabhängigen Tordieren des Torsionselements um eine Torsionsachse (X), und mit einer wenigstens einen Empfänger (R) und wenigstens einen Lichtgeber (Q, Q1) aufweisenden, optoelektronischen Torsions-Abtastvorrichtung (A), dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (Q, Q1) mit dem Torsionselement (F) um die Torsionsachse (X) mitbewegbar verbunden ist, dass der Empfänger (R) mit einem Verstärkungsabstand (z) zum Lichtgeber (Q, Q1) auf den Lichtgeber (Q, Q1) ausgerichtet und stationär angeordnet ist, und dass der Empfänger (R) ein lichtpositionssensitiver Detektor (P) ist, dessen Ausgangssignal abhängig von der Lichtauftreffposition ist.
  2. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (P) ein PSD ist.
  3. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (Q, Q1) direkt am Torsionselement (F) angeordnet ist.
  4. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (Q, Q1) an einem mit dem Torsionselement (F) um die Torsionsachse (X) bewegbaren, vorzugsweise zur Torsionsachse (X) parallelen Träger (18) angeordnet ist.
  5. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (Q, Q1) eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle (LL), oder ein mit dem Licht (L) der Lichtquelle beaufschlagter Reflektor (9, 10) ist.
  6. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (P) eine Referenzfläche (12) aufweist, und dass das Ausgangssignal proportional zur Lichtauftreffposition innerhalb der Erstreckung der Referenzfläche (12) ist.
  7. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (LL) eine VCSEL ist.
  8. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) bzw. der Lichtgeber (Q1) am Torsionselement (F) angehaftet ist.
  9. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) eine im oder am Torsionselement (F) geformte, vorzugsweise verspiegelte Reflektorfläche ist.
  10. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (F) ein Rundstab (5), vorzugsweise aus Federstahldraht, mit ca. 1,0 mm Durchmesser ist.
  11. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (F) ein Rohr (5') ist, vorzugsweise ein Rohr mit wenigstens einem Längsschlitz.
  12. Tensiometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als Rohr (5') ausgebildete Torsionselement (F) an einem oder an beiden Enden verdrehfest eingespannt ist, dass der Träger (18) im Inneren des Rohres (5') festgelegt ist, sich durch die oder durch eine Einspannstelle des Rohres (5') zu der Abtastvorrichtung (A) erstreckt, und im Bereich der Abtastvorrichtung (A) den Lichtgeber (Q, Q1) aufweist.
  13. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (F) ein biegesteifes tordierbares Torsionsprofil (5'') mit einem in einem Schnitt quer zur Torsionsachse (X) dreidimensionalen Querschnitt ist, vorzugsweise ein L-, T-, U-, H-Profil.
  14. Tensiometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (5'') in einem die Einspannstelle des Torsionselements (F) definierenden Halteprofil (N) oder Gehäuseteil (8), vorzugsweise einstöckig mit diesem, angeordnet ist.
  15. Tensiometer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (5'') durch Begrenzungsausschnitte (23) im Halteprofil (H) oder Gehäuseteil (8) definiert ist.
  16. Tensiometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsausschnitte (23) durch eine elastische Abdichtung (24) verschlossen sind, vorzugsweise durch eine membranartige, ebene Haut, die bei Torsion des Torsionsprofils (5") vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Hautebene verformt wird.
  17. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lichtgeber (Q) und der Empfänger (R) im Wesentlichen in derselben zur Torsionsachse (X) senkrechten Ebene befinden.
  18. Tensiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lichtgeber (Q) und der Empfänger (R) im Wesentlichen in derselben, zur Torsionsachse (X) radialen und zum Reflektor (9) senkrechten, die Torsionsachse (X) enthaltenden Ebene befinden, und dass die Richtungen des vom Lichtgeber (Q) ausgesandten Lichts (L) und des zum Empfänger (R) reflektierten Lichts in dieser Ebene einen Winkel (a) einschließen.
  19. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenarm (D) ein abgekröpftes Ende (4, 13, 15) des Torsionselements (F) ist.
  20. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenarm (D) als Kurbel (13), oder Gabel (14) oder formschlüssiges Fadenführelement (15) ausgebildet ist.
  21. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (A) in einem Gehäuse (8) abgeschirmt angeordnet ist, aus dem im Wesentlichen der Fadenarm (D) und/oder ein Teil des Torsionselements (F) mit dem Fadenarm (D) nach außen ragt.
  22. Tensiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgeber (Q) und der Empfänger (R) an einer eine elektronische Schaltung tragenden Platine (7) angeordnet sind.
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