DE19549111A1 - Fadenspeicher- und Liefervorrichtung mit einer optischen Sensoreinrichtung und Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fadenspeicher- und -Liefer­ vorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Vorrich­ tung.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus dem US-Patent 4,687,149 her bekannt. Am Tragarm für einen Bremsring, welcher Tragarm am Motorgehäuse des Fadenspeichers befestigt ist, ist eine optische Sensoreinrichtung vorgesehen, welche einen Lichtsensor und einen Lichtemp­ fänger aufweist. Das von der Sensoreinrichtung ausge­ strahlte Licht wird von einer spiegelnden Oberfläche der Speichertrommel reflektiert. Anhand der Dämpfung des Lichtes kann dort der Windungsvorrat erfaßt wer­ den. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus dem US-Patent 4,653,701 her bekannt. Dort wird das vom Lichtsender ausgesandte Licht durch einen Lichtleiter durch die Trommel geführt.

Eine weitere Vorrichtung, bei welcher eine optische Sensoreinrichtung zum Erfassen des Windungsvorrats vorgesehen ist, zeigt die EP-Patentanmeldung 0 171 516. Dort ist auf der Trommeloberfläche ein weiteres Sensormittel vorgesehen, welches die Form eines Hebels aufweist, welcher bei Beaufschlagung durch eine Fadenwindung verlagert wird, so daß hiermit die Quantität des an der Sensoreinrichtung bestimmbaren Lichtes modifiziert wird. Aus der WO 83/04056 ist eine Speichervorrichtung bekannt, welche ebenfalls den Licht­ schrankeneffekt ausnutzt, um den Vorrat der auf der Speichertrommel abgelegten Fadenwindungen zu bestim­ men. Eine ähnliche Vorrichtung, die ebenfalls mit optischen Methoden den Windungsvorrat mißt, zeigt die EP-Patentanmeldung 0 174 039.

Sämtliche der vorgenannten Schriften zeigen zwar Faden­ speicher- und -Liefervorrichtungen bzw. Verfahren zur Steuerung derartiger Vorrichtungen, wobei die Drehzahl des Drehantriebes für die Windungsanlage von der Größe des Windungsvorrates abhängt; jedoch ist die Methode zur Erfassung des Windungsvorrates nicht optimal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren im Hinblick auf eine präzisere Erfassung des Windungsvorrates bzw. der Fadenabzugsrate weiterzubil­ den.

Gelöst wird die Erfindung durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.

Zur Erfassung der Windungszahl, des Windungsabstandes und/oder der Windungsabzugsgeschwindigkeit wird ein Längsabschnitt der Speichertrommel auf ein Sensorele­ ment projeziert, welches eine Vielzahl von nebeneinan­ derliegenden Sensorfeldern aufweist, auf welche der Längsabschnitt abgebildet wird. In zeitlichen Abstän­ den wird zyklisch die Anzahl und der Abstand der abge­ legten Fadenwindungen ermittelt und aus der so bestimm­ ten Abzugsrate die Motordrehzahl gesteuert. Die Ermitt­ lung erfolgt bevorzugt in Millisekundenschritten. Die Ermittlung soll durch Auslesen von an den Sensorfeldern eines CCD-Sensors anliegenden Spannungen erfolgen, welche digitalisiert werden. Die digitalisierten Werte sollen in einem elektronischen Speicher abgelegt wer­ den. Die Sensorfelder haben bevorzugt in Längsrichtung eine Erstreckung, welche geringer ist als der Faden­ durchmesser. Die Sensorfelder liegen bevorzugt unmit­ telbar nebeneinander, ihre Fläche beträgt 14 × 14 Mikro­ meter im Quadrat. Durch diese Gestaltung ist es mög­ lich, die Dicke des Fadens zu bestimmen. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung erlaubt es, die einzelnen Windun­ gen anzahlmäßig und lagenmäßig zu identifizieren, so daß deren Anzahl und deren Abstand sowie die zeitliche Änderung der Lage bestimmbar ist. Aus den so ermittel­ ten Werten kann eine digitale Steuer- und Recheneinrich­ tung, welcher die ausgelesenen Digitalwerte zugeführt wird, die Abzugsrate des Fadens und den Windungsvorrat bestimmen. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die gesamte Speicherlänge der Trommel auf das Sensorelement abgebil­ det wird. Handelt es sich bei dem Sensorelement um einen trichromatischen Sensor, so kann auch die Farbe des abgespeicherten Garnes erkannt werden. Zur optima­ len Erkennung der Fadenwindungen ist die Speichertrom­ mel im Bereich des abgebildeten Längsabschnittes geglät­ tet oder spiegelnd. Eine Fadenwindung führt dann zu einer Dämpfung des auf das zugeordnete Sensorfeld kom­ menden Lichtes, so daß das Sensorsignal sich ändert. In der Speichertrommel können Fördermittel vorgesehen sein, bspw. in Form aus der Trommeloberfläche herausra­ gender Finger, Säulen oder Füße, welche durch einen Taumelantrieb angetrieben werden, um die Fadenwindungen auf der Trommeloberfläche in Abzugsrichtung zu transpor­ tieren. Derartige Transportvorrichtungen sind im Stand der Technik in vielfältiger Form bekannt. Im Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, bspw. durch Verände­ rung der Neigungslage einer drehbar auf der Motorwelle sitzenden exzentrischen Hülse die Fördergeschwindigkeit und damit den Abstand der auf der Speichertrommel abge­ legten Fadenwindungen zu variieren. Durch die Änderung der Neigungslage oder des Phasenwinkels besagter exzen­ trischer Hülse kann darüber hinaus auch die Transport­ richtung der Fadenwindungen eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt beim Stand der Technik in üblicher Weise über eine an der Trommelstirnseite angeordnete Drehhandhabe. Nur beispielhaft für eine derartige Vorrichtung wird die EP 0 244 511 genannt. Erfindungs­ gemäß ist vorgesehen, daß bspw. an einer dort darge­ stellten Vorrichtung die Drehhandhabe motorgetrieben einstellbar ist. Der Antriebsmotor soll von der Steu­ er- und Regelungseinrichtung angetrieben werden, so daß in Abhängigkeit von der Dicke des Fadens und der ermit­ telten mittleren Abzugsgeschwindigkeit die Fadenförder­ geschwindigkeit und damit der Abstand der auf der Trom­ mel abgelegten Fadenwindungen eingestellt wird. Der Speichervorrat läßt sich dann erfindungsgemäß durch Variation des Abstandes der Fadenwindungen einstellen. Die Projektion des Längsabschnittes der Speichertrommel auf die Vielzahl nebeneinanderliegender Sensorfelder erfolgt bevorzugt mit einem Weitwinkelobjektiv. Die Anzahl der nebeneinanderliegenden Sensorfelder beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1.024. Aus Webgründen muß die Länge der Schußfadenreserve auf der Trommel in Abhängigkeit von der Eintragsanforderung der Webmaschine möglichst konstant gehalten werden. Es ist zum Anpassen der Bewegungsvariablen wichtig, ständig und rechtzeitig die auf der Trommel verfügbaren Garnmen­ gen zu kennen. Die beschriebene Vorrichtung will nicht nur die oben genannten Funktionen aufweisen, sondern auch alle erforderlichen Informationen für eine bessere Anpassung an die durch die Garnqualität bedingten Forde­ rungen und die Meldungen für eine verbesserte Automati­ sierung des Webprozesses liefern. Der Sensorteil des Systems besteht aus einer CCD-Vorrichtung (charged-coup­ led device) in LIS-Ausführung (linear immage sensor) in deren Oberfläche von einem optischen System das wahre Bild eines Bereichs der Trommel projeziert wird. Das optische System kann in vielfältiger Ausgestaltung realisiert werden. Die Amplitude des an einem Sensor­ feld anliegenden elektrischen Signal ist proportional zum Integral des einfallenden Lichtes in Bezug auf die Zeit. Die Vorrichtung muß mit variablen Zeiten in umgekehrter Proportion zu den mittleren Beleuchtungsbe­ dingungen des Bildes an der CCD abgelesen werden und auf Null zurückgestellt werden. Aus diesem Grund wer­ den die Signale einer "Uhr" von einem Mikroregler über­ wacht, der für die Veränderung der Frequenz in Abhängig­ keit von der Sättigungsspannung des Signales sorgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in der Ansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Längsabschnitt, wel­ cher abgebildet wird,

Fig. 2b einen Ausschnitt des auf das Sensorelement projezierten Bildes,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung gemäß Fig. 2b,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer elektronischen Re­ gel- und Steuervorrichtung und

Fig. 5 eine Zeitaufnahme eines Amplitudenverlaufs gemäß Fig. 3.

Von der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche in den zuvor genannten Schriften zum Stand der Technik im Detail beschrieben ist, ist in der Fig. 1 nur die Spei­ chertrommel schematisch dargestellt. Mittels eines drehangetriebenen Windungsarmes werden Fadenwindungen 3 einseitig auf der Speichertrommel abgelegt. Mittels nicht dargestellten Fördermitteln werden diese Fadenwin­ dungen in Fadenabzugsrichtung axial auf der Speicher­ trommel weitergefördert, so daß die einzelnen Fadenwin­ dungen mit Abstand zueinander liegen. Der Abstand der auf der Speichertrommel abgelegten Fadenwindungen defi­ niert die Länge des dort abgelegten Fadenvorrates. Der Faden wird über den Kopf der Trommel an der der Aufwic­ kelseite gegenüberliegenden Seite über Kopf abgezogen.

Zumindest in einem Längsabschnitt 2, welcher sich über die gesamte Trommellängsrichtung erstreckt, ist die Trommel geglättet oder spiegelnd, so daß dort auftref­ fendes Licht reflektiert wird. Der Längsabschnitt 2 wird von dem auf der Speichertrommel 1 abgelegten Faden­ windungen 3 gekreuzt. Mittels eines optischen Systems, bspw. eines Weitwinkelobjektives 4, wird der Längsab­ schnitt 2 über zwei Spiegel 5 und 6 auf einem CCD-Sen­ sor 7 abgebildet. Bei dem CCD-Sensor 7 handelt es sich bevorzugt um einen LIS-Sensor, welcher 1.024 hinterein­ anderliegende Sensorfelder 8 aufweist. Die Sensorfel­ der haben eine Abmessung von 14 × 14 Mikrometern.

In Fig. 3 ist ein stark vergrößerter Ausschnitt eines Sensorelementes 7 dargestellt. In etwa einem Abstand von 1 mm sind dort die Bilder 3′ zweier Fadenwindungen 3 dargestellt, welche die Sensorfelder 81, 82 bzw. 83, 84 teilweise überdecken. Der Garndurchmesser beträgt etwa 0,1 mm.

Um die vollständige Länge der Trommel von ca. 100 mm unter Beobachtung zu halten, wird das wahre Bild durch die abbildende Optik verkleinert um etwa den Faktor 7 auf dem CCD-Sensor abgebildet. Das wahre Bild des Garnes soll mehr als ein Sensorfeld 8 überdecken, damit auch die Dicke des Garnes und die exakte Lage der Faden­ windung bestimmbar ist. Die Amplitude des Signales jedes einzelnen Sensorfeldes wird in zeitlichen Abstän­ den zyklisch ausgelesen. Die zeitlichen Abstände lie­ gen im Bereich von 1 bis 11 Millisekunden. Die Signale der einzelnen Sensorfelder 8 werden in 1.024 Stufen digitalisiert und in ein RAM gespeichert. In dem Spei­ cher befindet sich dann ein digitalisiertes elektroni­ sches Abbild des Längsabschnittes der Trommel. Signale kleiner Amplitude, welche wenig Licht empfangen, korre­ spondieren zu einem Speicherwert mit einem geringen Wert. Auf derartigen Feldern wird eine Fadenwindung abgebildet.

Zufolge der Erfindung ist es möglich, die Lage der einzelnen Fadenwindungen zu bestimmen. Die den Spei­ cher auslesende Regel- und Steuerelektronik kann somit aus dem Abstand der einzelnen Fadenwindungen und deren Lage die Länge des Fadenwindungsvorrates bestimmen. Aus der Geschwindigkeit bzw. der Rate der abgezogenen Fadenwindungen kann der mittlere Verbrauch bestimmt werden. Hierzu können die abgezogenen Fadenwindungen von der Steuer- und Regelelektronik gezählt werden.

In Fig. 4 ist das Blockschaltbild einer Steuer- und Regelvorrichtung dargestellt. Das einfallende Licht 9 fällt auf einen CCD-Sensor 7. Der analoge Ausgang 19 des CCD-Sensors ist mit einem Verstärker 11 verbunden. Dessen Analogausgang ist mit einem Mikroregler 12 ver­ bunden. Eine Zeit- und Synchronsteuerung ist mit der Bezugsziffer 10 versehen. Letztere ist mit dem CCD-Sen­ sor verbunden. Ein digitaler Ausgang 13 des Mikroreg­ lers 5 ist mit der Zeit- und Synchronsteuerung 10 ver­ bunden. Da die Prüfung des Signals in Intervallen von wenigen Millisekunden wiederholt wird, ist es möglich, rechtzeitig die aus der Analyse des Signales abgeleite­ ten Informationen zu aktualisieren und folgerichtig die Entscheidung zu treffen, die beim Betätigen über den Datenausgang 14 zu treffen sind. Der Datenausgang 14 kann mit der Antriebssteuerung des Drehantriebes verbun­ den sein. Der Datenausgang 14 kann ferner mit einer Betätigungseinrichtung zur Einstellung des Windungsab­ standes verbunden sein. Das Signal vom Ausgang 19 wird nach zweckmäßiger Verstärkung 11 in den Analogeingang des Mikrokontrollers 12 eingegeben, der nach Umwandlung der Signale in Digitalwerte für die Verarbeitung sorgt.

Der Mikrokontroller 12 kann ein Programm beinhalten, das für die Regelung des CCD-Sensors 7 zum Ausgleich überschüssiger oder defekter Beleuchtung des Bildes sorgt, um sicherzustellen, daß das analoge Signal 19 innerhalb der Linearitätsgrenzen bleibt. Hierzu wird der mittlere Wert des analogen Signales 19 ermittelt. Dieses Signal besteht aus 1.024 Stufen proportional zur Grautönung des Bildes oder, falls ein trichromatischer Sensor benutzt wird, zur Intensität der drei Grundfar­ ben.

Die 1.024 Stufen des Signales der 1.024 Sensorfelder 8 werden in einem Speicher des Mikrokontrollers 12 gespei­ chert, untereinander geprüft und verglichen. Dies erfolgt in Zeitintervallen von 1 bis 11 Millisekunden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 ist in Bild 5 die Wel­ lenform im Hinblick auf die Amplitude des Signales der dreizehn der dort dargestellten Sensorfelder 8 darge­ stellt. Das Signal A stellt einen Syncronisierungsim­ puls 1 dar, von dem die Übertragungssequenz der Daten am Analogausgang des Sensors 7 ihren Anfang nimmt. Die Wellenform B stellt das analoge Ausgangssignal dar, bestehend aus 1.024 verschiedenen Stufen. Die gestri­ chelte Linie stellt die Dunkelstufe dar. Die Amplitude des Signales 17 variiert in Abhängigkeit von der Hellig­ keit des belichteten Sensorfeldes 8. Die Sensorfelder 81, 82 bzw. 83 und 84 sind geringer belichtet, da dort der nicht reflektierende oder weniger reflektierende Faden 3 abgebildet wird. Das die übrigen Sensorfelder belichtende Licht stammt von der spiegelnden Trommel­ oberfläche und hat demzufolge eine größere Intensität und damit eine höhere Amplitude.

Mit C ist das sogenannte "Clock-Signal" eines Schiebere­ gisters dargestellt zur Übertragung der gemessenen Werte.

Zufolge der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Drehan­ triebes bzw. des Windungsabstandes der auf der Trommel­ oberfläche abgelegten Fadenwindungen kann die Anzahl der vollständigen Fadenwindungen auf der Trommel ermit­ telt werden. Es ist ferner möglich, die ungefähren Abmessungen des Garnes (Titer) zu bestimmen. Weiter kann der Abstand zwischen den Windungen (Gang, Stei­ gung) bestimmt werden. Es ist ferner möglich, fehlen­ des Garn in einem Bereich des Längsabschnittes 2 festzu­ stellen. Dies deutet dann auf einen Fadenbruch hin. Ferner kann die Übertragungsgeschwindigkeit der Spei­ cherreserve eingestellt und gemessen werden. Bei dem Einsatz einer trichromatischen CCD kann die Farbe des Garnes bestimmt werden.

Mittels einer elektronischen Regel- und Steuereinrich­ tung kann die Geschwindigkeit der Windungsablage auf­ grund stetigen Zählens der Windungen geregelt werden. Es können Fadenbrüche gemeldet werden. Es kann automa­ tisch der Gang bzw. die Steigung der Garnwindungen geregelt werden. Aus den gezählten abgezogenen Faden­ windungen kann der Spitzenverbrauch oder der mittlere Verbrauch, die Spitzengeschwindigkeit und die mittlere Geschwindigkeit des abgezogenen Garnes bestimmt wer­ den. Die ermittelten Werte können über Datenleitungen einer Webmaschine zugeleitet werden. Diese ermittelten Werte können weiter anderen Fadenspeichern zugeleitet werden.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Steuerung einer Fadenspeicher- und -Liefervorrichtung, bei welchem ein Faden windungsweise auf einer Speichertrommel abgelegt, dort gegebenenfalls schrittweise in Achsrichtung weiterverlagert und von dort im Takt des Schußfadeneintrages einer Webmaschine abgezogen wird, wobei der auf der Speichertrommel abge­ legte Windungsvorrat mit einer optischen Sensoreinrich­ tung erfaßt wird und die Drehzahl des Drehantriebes für die Windungsablage entsprechend der erfaßten Änderung des Windungsvorrates erhöht oder erniedrigt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß in zeitlichen Abständen zy­ klisch die Anzahl und der Abstand der abgelegten Faden­ windungen ermittelt wird und aus der so bestimmten Abzugsrate die Motordrehzahl und/oder der Windungsab­ stand eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung in Millise­ kundenschritten erfolgt.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ermittlung durch Auslesen von an den Sensorfeldern (8) eines CCD-Sensors (7), auf welchen ein Längsabschnitt (2) der Speichertrommel (1) pro­ jeziert wird, anliegenden Spannungen, Digitalisieren der Spannungswerte und Abspeichern der Werte in einem elektronischen Speicher erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke des Fadens bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Farbe des Fadens ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fadenwindungsabstand zur Variation des Speichervorrates eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ermittlung der Abzugsgeschwindigkeit des Fadens die abgezogenen Fadenwindungen gezählt wer­ den.

8. Fadenspeicher- und -Liefervorrichtung mit einer Speichertrommel, auf der der Faden windungsweise abge­ legt und von der die dort gegebenenfalls schrittweise in Achsrichtung weiterverlagerten Windungen abgezogen werden, und mit einer optischen Sensoreinrichtung zum Erfassen des Windungsvorrates zur Steuerung der Dreh­ zahl des Drehantriebes für die Windungsablage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Windungsanzahl, des Windungsabstandes und/oder der Fadenabzugsgeschwin­ digkeit ein Längsabschnitt (2) der Speichertrommel (1) auf ein Sensorelement (7) projeziert wird, welches eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Sensorfelder auf­ weist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein CCD-Sensor ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfelder (8) in Längsrichtung eine Erstreckung aufweisen, die gerin­ ger ist, als der Durchmesser des Fadens, insbesondere kleiner als 15 Mikrometer ist, und in einem Abstand nebeneinanderliegen, welcher kleiner ist, als die Erst­ reckung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Speicher­ länge der Trommel auf das Sensorelement (7) projeziert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (7) ein trichromatischer CCD-Sensor ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die analogen Ausgangs­ signale des Sensorelementes (7) digitalisiert werden und einer digitalen Steuer- und Regelungseinrichtung zugeführt werden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichertrommel im Bereich des Längsabschnittes (2) geglättet oder spiegelnd ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Fadens bestimmt wird und die Fadenwindungs-Fördergeschwindig­ keit bzw. der Abstand der Fadenwindungen auf der Spei­ chertrommel eingestellt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion mit einem Weitwinkelobjektiv (4) erfolgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement mindestens 1.000 in einer Reihe hintereinanderliegende Sensorfelder aufweist.