DE2809218C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln periodisch auftretender Schwankungen eines
die Momentanwerte der Schwankungen einer Querdimension eines laufenden endlosen Gebildes repräsentierenden
Signals, insbesondere eines Textilfaden-Abtastsignals.
Aus der britischen Patentschrift 7 95 808 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln
periodischer Ereignisse in verschiedenen Größen, insbesondere im Substanzquerschnitt von Textilien,
bekannt. Diese Methode basiert auf einer Frequenzanalyse eines elektrischen Signals, das den zeitlichen
Verlauf der betreffenden Größe repräsentiert. Da nun ein solches elektrisches Signal normalerweise neben den
für die periodischen Ereignisse charakterk iischen
ίο Frequenzen auch noch ein breites kontinuierliches
Frequenzband umfaßt, welches den nichtperiodischen Vorgängen ebenso wie den unregelmäßigen Übergangserscheinungen
zugeordnet ist, wird es selbst bei großem apparativen Aufwand kaum möglich sein, auf
diese Weise mit Sicherheit ein periodisches Signal aus dem ursprünglichen elektrischen Signal auszufiltern.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln periodisch auftretender
Schwankungen eines Abtastsignals zu schaffen, welches eine sichere Bestimmung dieser Schwankungen und
ihrer Periodizität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Die enorme durch diese Verfahren gegebene Vereinfachung hinsichtlich der Apparatur ergibt sich
daraus, daß nicht di> ursprüngliche elektrische Signal
als solches, sondern eine daraus abgeleitete Impulssequenz der weiteren Prüfung zugrunde gelegt wird.
in Durch den Ausdruck »Impulssequenz« soll hier eine
Reihe von nicht oder nicht notwendig periodisch aufeinanderfolgenden Impulsen bezeichnet werden, im
Gegensatz zu einer periodischen Impulsfolge. Ein weiterer Vorteil folgt daraus, daß in dieser Impulsse-
J5 quenz die periodischen Ereignisse des Ursprungssignals
in vereinfachter Gestalt erscheinen und allein aufgrund ihrer Periodizität erfaßt werden können. Dadurch wird
die Sicherheit der Bestimmung der periodischen Ereignisse derart erhöht, daß auch solche periodischen
Erscheinungen, die im Ursprungssignal eine relativ geringe Amplitude haben und dort auch bei visueller
Auswertung nicht mehr in Erscheinung treten, erfaßt werden können.
Ein spezielles Anwendungsgebiet des neuen Verfah-
4ϊ rens ist die Erm'llung des sogenannten Moire bei
Rotorgarnen, wo die periodischen Dickenschwankungen oft mit einer so geringen Amplitude auftreten, daß
sie mit den für die Garnreinigung üblichen Verfahren und Vorrichtungen r.icht mehr sicher erfaßbar sind.
vi Im folgenden werden das neue Verfahren und eine
elektronische Vorrichtung zu dessen Durchführung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 ein Signalschema zur Verdeutlichung der
ν· Verfahrensschritte und
F i g. 2 das Blockschaltbild einer elektronischen Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens.
Das Verfahren zielt darauf ab, aus der Gesamtheit aller auftretenden Schwankungen des Querschnitts oder
mi Durchmessers eines laufenden Fadens allein die
periodischen Schwankungen zu erfassen. Zu diesem Zweck wird zunächst aus einem durch Abtastung des
Fadens gewonnenen, den momentanen Schwankungen des Querschnitts oder Durchmessers folgenden Faden-
h*i signal F', Fig. la), eine Impulssequenz 5', Fig. Ib),
abgeleitet, weiche die einen bestimmten Schwellenwert S übersteigenden Spitzen des Fadensignals F'repräsentiert.
Die so gewonnene Impulssequenz S', die aus
Impulsen gleicher Amplitude, jedoch verschiedener Dauer besteht, wird gespeichert.
Um aus der Impulssequenz S' die periodisch auftretenden Impulse Pi-P6 usw. auszusondern — es
treten daneben in unregelmäßiger Folge weitere, von den normalen statistischen Ungleichmäßigkeiten des
Garns herrührende Impulse auf — wird die Impulssequenz S'in einem ersten Schritt durch eine Folge Z'von
nadeiförmigen Impulsen Zn (n=\, 2, 3,...), siehe F i g. Ic), abgefragt, die eine vorgewählte Impulsperiode
ρ aufweist und eine begrenzte Anzahl η solcher NadeJimpulse umfaßt In weiteren Schritten wird
sukzessiv die Phase der Impulsfolge Z' in kleinen Schritten dn verschoben und für jede der so
entstehenden Impulsfolgen die Zahl der Übereinstimmungen von Impulsen innerhalb eines bestimmten
Abschnitts von S' einerseits und Z' andererseits ermittelt. Aus dem Verlauf der Zahl der Übereinstimmungen
(=Treffer) kann man aufgrund bestimmter Kriterien, die im folgenden noch näher beschrieben
werden, erkennen, ob eine Periodizität vorhanden ist. Führt die erste, aus einer Anzahl solch1; Schritte
bestehende Prüfreihe mit unveränderter Impulsperiode ρ zu keinem Ergebnis, so kann das Verfahren mit einer
oder mehreren weiteren Impulsfolgen Z' wiederholt werden, die eine jeweils um ein Inkrement dp
veränderte Impulsperiode aufweisen. Die Variation der Länge der Impulsperiode ρ braucht aber nur über solche
Bereiche erstreckt zu werden, die erfahrungsgemäß für das Auftreten periodischer Schwankungen in Frage
kommen. Zum Beispiel ist bei Prüfung von Rotorgarnen die Periode etwa gleich dem Umfang des Rotors, so daC
man den Wert dieses Umfangs der ersten Prüfreihe zugrunde legen kann. Beim weiteren Betrieb der
Spinnmaschine kann der Wert der Impulsperiode zugrunde gelegt werden, der sich aus der Erfahrung, d. h.
vorausgehenden Produktionstesten ergibt.
Da eine Prüfreihe in einer gegenüber der Dauer der Herstellung einer Signal-Impulssequenz 5'sehr kurzen
Zeitspanne durchgeführt werden kann, ist es möglich, auch während des Betriebs an einer Textilmaschine, um
Beispiel Rotorspinnmaschine, ein und dieselbe Signal-Impulssequenz S' praktisch ohne Zeitverlust durch
mehrere aufeinanderfolgende Prüfreihen mit verändertem Impulsperioden abzufragen.
Die Verschiebung der Phase de; Impulsfolge Z' um einen Schritt dn ist in Fig. Id), die Veränderung hie,·
Vergrößerung der Länge der Impulspause ρ um ein Inkrement φ in Fig. Ie) dargestellt.
Im folgenden wird die Impulssequenz S' als Signal-Impulssequenz, die Impulsfolge Z'als Referenz-Impulsfolge
bezeichnet.
Im einzelnen wird zu F i g. 1 noch folgendes ausgeführt.
In Fig. la) repräsentiert die Linie /V/ den zeitlichen
Mittelwert des Querschnitts oder Durchmessers des Fadens, während die unterbrochene Linie 5 den
Schwellenwert festlegt, welcher der Bildung des Signal-Impulssequenz S' zugrunde liegt. Gemäß
Fig. Ib) sind die einzelnen Impulse Sm (m= 1, 2, 3 ...)
der Signal-Impulssequenz S' bestimmt durch die Zeitkoordinaten am ihrer Vorderflanken und em ihrer
Rückflanken, gemessen von einem willkürlich gewählten Zeitpunkt fo an. Die nadeiförmigen Impulse Zn der
Referenz-Impulsfolge Z' sind bestimmt durch die Zeitkoordinate d des ersten Nadelimpulses Zl und
jeweils ein ganzzahligrς Vielfaches der Impulsperiode p.
In Fig. Id) ist eine Phasenverschiebung der Referenz-Impulsfolge
Z'um einen einzigen Schritt dn dargestellt; im Verlauf des AbfragevorgangG wird die Phasenverschiebung
sukzessiv um die Schritte dn, 2 dn, 3dn... geändert. Als Schritt dn kann ein kleiner Bruchteil der
Impulsperiode p, zum Beispiel im Bereich von 0, 1 —0,01 p, gewählt werden.
Eventuell kann auch die Impulsperiode ρ stufenweise um ganze Vielfache eines Inkrements dp geändert
werden, wobei für jede geänderte Impulsperiode
ίο ρ + dp, p + 2dp... das vorbeschriebene Verfahren
wiederholt wird.
Die Wahl des Schwellenwerts S, Fig. la) erfolgt durch automatische Einstellung derart, daß für die
Signal-Impulssequenz S' das Verhältnis der mittleren
is Impulsdauer zur mittleren Impulspause beispielsweise
etwa 10% beträgt.
Zur Erkennung einer periodischen Impulsserie innerhalb der Signal-Impulssequenz 5' sollte ein
Abschnitt von S' mindestens solcher Dauer gewählt werden, daß etwa 10 Perioden erfaßt werden. Für die
Abfragung soll die eine der Impulsioigen S'oder Z', die
bei der Abfragung gegen die andere verschoben wird, wenigstens eine Periode mehr umfassen. Fragt man also
einen festen Abschnitt von S'von 10 Perioden Länge durch die Impulsfolge Z'ab, so soll diese wenigstens 11
Perioden umfassen, und vice versa.
Die in F i g. 2 dargestellte elektronische Vorrichtung dient zur Ausführung einer speziellen Form des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie besteht aus einem
jo Auswerteteil 1—6, in dem über das Fadensignal F' die
Signal-Impulssequenz 5'gebildet wird, einem Minicomputer 7, in dem die Prüfung der Signal-Impulssequenz S-auf
periodisch auftretende Impulse erfolgt, und einer Anzeigevorrichtung 14.
)5 Zur Abtastung des laufenden Fadens F ist eine
Tastvorrichtung 1 vorgesehen. Diese kann in bekannter Weise mit einem kapazitiven oder optoelektrischen
Wandler versehen sein, durch dessen Meßfeld der Faden F geführt wird. Die Tastvorrichtung 1 liefert ein
Abtastsignal, welches den zeitlichen Verlauf des Durchmessers oder Querschnitts des Fadens F repräsentiert.
Das Abtastsignal wird im Verstärker 2. beispielsweise einem Wechselspannungsverstärker, in
das in Fig. la) dargestellte Fadensignal F' übergeführt.
welches die Schwankungen des Abtaruignals wiedergibt.
Das Fadensignal F'wird in einer Auswerteschaltung 3 dem Signaleingang eines !Comparators 4 zugeführt, an
dessen anderem Eingang eine Vorspannung V anliegt, die den Schwellenwert S, Fig. la), bestimmt. Die Größe
der Vorspannung V wird geregelt durch einen an den Ausgang des !Comparators 4 angeschlossenen Rückkopplungskreis.
Dieser besteht aus einer Serienschal- >ung von Integrator 5 und DC-Verstärker 6. Am
Ausgang des !Comparators 4 erscheint bei laufendem Faden F eine Signal-Impulssequenz S', wie sie in
Fig. 1 b) dargestellt ist. Nach geeigneter Einstellung des Verstärkungsfaktors am DC-Verstärker 6 ergibt sich
eine selbsttätige Regelung des Schwellenwertes S am
bo Komparator 4 derart, daß ein bestimmtes Verhältnis
von mittlerer Impulsdauer zu mittlerer Impulspause, beispielsweise 1 :10 oder 10%, in der Signal-Impulssequenz
S'erzielt wird.
Die Signal-Impulssequenz S'wird im Signalspeicher 8
h5 in Form der Wer'c der Zeitkoordinaten am und em,
siehe Fig. Ib), gespeichert. Im Referenzspeicher 9 ist
die Referenz-Impulsfolge Z', Fig. Ic), in Form der Zeitkoordinaten d + kp (k = 0, 1, 2, 3 ...) gespeichert.
Im numerischen Komparator 10 wird die Signal-Impulssequenz 5'mit der Referenz-Impulsfolge Z'verglichen,
das heißt, es wird geprüft, ob für die einzelnen laufenden Werte von m und k innerhalb des vorgewählten
Abschnitts der Signal-Impulssequenz S' von etwa 10 Perioden die Beziehung
am < d -f kp < em
erfüllt ist; ist dies der Fall, dann wird ein Treffer gezählt.
Weiter wird im Zähl- und Summierwerk 11 die Zahl T
der Treffer für jede einzelne Prüfreihe, das heißt
Abfragung der Signal-Impulssequenz 5'. ermittelt und mit einer vorgegebenen Mindestzahl Tm verglichen. Als
erstes Kriterium für das Auftreten eines periodischen Fehlmustcrs, wie es der Moireeffekt darstellt, wird die
Erfüllung der Bedingung T>Tm angenommen. 77;? sollte größer gewählt werden als das Mittel aller Werte
von Tin der Gesamtheit der Prüfreihen.
Für einen Abschnitt des Fadensignals F'. welches IO
Perioden umfaßt, ergeben sich im Falle des Auftretens von Moire Werte von 7"etwa zwischen 8 und 11, ohne
Moire liegen die vergleichbaren Werte von T etwa zwischen 1 und 5. Die Mindestzahl Tm kann in diesem
Fall mit 7 angesetzt werden.
Weiter wird ein zweites Kriterium angenommen, um
die Genauigkeit der Feststellung eines Moire zu erhöhen. Dies zweite Kriterium ergibt sich wie folgt:
Sobald im Abfrageprozeß das erste Kriterium erfüllt ist. sind die aufeinanderfolgenden Trefferzahlen T zu
addieren, bis Tm wieder unterschritten wird; ist die Summe S(T) größer als ein vorgegebener Mindestwert
Sm(T), dann ist das zweite Kriterium erfüllt. In diesem Fall wird ein Meßimpuls an die Anzeigevorrichtung 14
abgegeben, die beispielsweise als Zählwerk ausgebildet sein kann.
Falls das erste oder sogar beide Kriterien nicht erfüllt sind, wird der Wert der Periode ρ der Referenz-Impulsfolge Z' im Referenzspeicher 9 um den Betrag dp
geändert und mit den neuen Werten die oben erläuterte
Abfragung wiederholt. Damit wird so lange fortgefahren, bis entweder aufgrund des zweiten Kriteriums ein
Moiremuster gefunden wird oder bis die Periode ρ über den ganzen Bereich schrittweise verändert wurde, in
dem erfahrungsgemäß periodische Fehler möglich sind.
ίο Die Steuerung des gesamten beschriebenen Programms
erfolgt durch eine Steuereinheit 13, in deren Befehlsspeicher die Programmschritte und die numerischen
Konstanten 77». Sm(T), d. dp. Hd. Up fe (gelegt
sind. Dabei bedeutet Hdden Hub der um die Sei -ittc (In
|-, zunehmenden Größe (/und damit der Phasenlage der
Impulse Zn der Reiercnz-Impulsfolge Z' im Vergleich
zu den Impulsen Sm der Signal-Impulssequenz S'. und Hp den Hub der Periodendauer ρ bei sukzessiver
schrittweiser Anwendung um die Inkremente dp.
jo Ferner ist ein Taktgenerator 12 vorgesehen, der den
Takt für die einzelnen Programmschrittc der Steuereinheit 13 bestimmt.
Die folgende Tabelle zeigt ein numerisches Beispiel zur Erläuterung des beschriebenen Verfahrens. Das
:--, zugrunde liegende Fadensignal f" ist das eines
OE-Baumwollgarns mit schwach ausgeprägtem Moire.
Die L?nge des Fadenabschnitts war gleich dem Elffachen des Umfangs der Nut des Spinnrotors,
umfaßte also elf Perioden p. Die Referenz-Impulsfolge
tu Z' umfaßte zehn Perioden p, also elf Impulse Zn. Hier
wurde also die Impulsfolge Z'durch die Impulssequenz 5'abgefragt. Der Hub Hd entsprach einer Periodenlänge
und wurde in 60 Schritten dn durchlaufen. Für das erste Kriterium ist hier T>
7 angenommen.
Tabelle | O | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
/; | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | I | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 3 | 4 | 5 | 4 | |
T | η | 27 | 0 | ||||||||||||||||||
C (T) - | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 4 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | |
η ~ | 4 | 4 | 5 | 5 | 6 | 5 | 4 | 5 | 5 | 5 | 4 | 4 | 4 | 3 | 2 | 3 | 3 | 2 | 1 | ||
T | O. | 47 | 0 | ||||||||||||||||||
S(T) = | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 3 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | |
η | 4 | 2 | 3 | 3 | 3 | 2 | 6 | L/i | 5 | 6 | 9 | 10 | 11 | 10 | 10 | 9 | 8 | 7 | 5 | ||
T | 74 | ||||||||||||||||||||
S (T) | |||||||||||||||||||||
Hierin bedeuten η die Anzahl der Abfrageschritte dn;
in der zweiten Zeile ist die zu jedem dieser Schritte ermittelte Trefferzahl T und in der dritten Zeile die
Summe 5JfT? für diejenigen aufeinanderfolgenden
Schritte angegeben, für die das erste Kriterium T > Tm, Tm = 7 erfüllt ist Diese Summe beträgt für acht
aufeinanderfolgende Schritte 74, sodaß mit Sicherheit das Vorhandensein von Moire angenommen werden
kann.
Im übrigen ist das neue Verfahren nicht auf die in F i g. 1 dargestellten Impulsformen beschränkt, wenn
auch vorzugsweise für die eine der Impulsfolgen 5'und
Z' Rechteckimpulse und für die andere Nadelimpulse gewählt werden. So kann die Impulssequenz 5' aus
Nadelimpulsen bestehen, die dann beispielsweise so bestimmt werden, daß sie die Mittellinie bzw. Schwerpunktlinie der in Fig. la) dargestellten, die Schwelle S
überschreitenden Signalspitzen bilden, während die Impulsfolge Z'aus Rechteckimpulsen gleicher definierter Dauer besteht, bei einem Verhältnis von Impulsdauer zu Impulspause von etwa 1:10 wie oben für die
Impulssequenz S'angegeben.
Claims (9)
1. Verfahren zum Ermitteln periodisch auftretender Schwankungen eines die Momentanwerte der
Schwankungen einer Querdimension eines laufenden endlosen Gebildes repräsentierenden Signals,
insbesondere eines Textilfaden-Abtastsignals, d a durch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt
bestimmter Länge des Signals (F') in eine Signal-Irnpulssequenz
fS^J transformiert wird, welche die einen
bestimmten Schwellenwert (S) übersteigenden Spitzen des Signals (F') repräsentiert, und daß die
Signal-Impulssequenz (S') sukzessiv mit einer Referenz-Impulsfolge (Z') vorgewählter Periode (p)
abgetastet wird, deren Phasenlage in aufeinanderfolgenden Schritten bestimmter Länge (dn) verändert
wird, wobei für jeden Schritt die Anzahl (T) der
Koinzidenzen einzelner Impulse aus der Signal Impulssequenz (S') und der Impulsfolge (Z') bestimmt
wird, um hohe Anzahlen (T) als Indiz für periodische Schwankungen zu ermitteln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (T) der Koinzidenzen
bestimmt wird, die für einen vorgegebenen Mindestwert (Tm)die Bedingung T * Tm erfüllen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für in aufeinanderfolgenden Schritten
auftretende Werte 7>7m die Summe 5^ gebildet
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle (S) so
gewählt wird, daß in d^r Sign^f-Impulssequenz (S')
das Verhältnis der mittleren impulsdauer zur mittleren Impulspause einen bei immten Wert, zum
Beispiel 0,1, annimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt bestimmter Länge des
Signals (F') mindestens etwa zehn Perioden (p) vorgewählter, aus der Erfahrung bestimmter Dauer
umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Impulsen (Sm)der Signal-Impulssequenz
fSygleichc Amplitude gegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Referenz-Impulsfolge (Z'), mit der die aufeinanderfolgenden Schritte einer ersten
Prüfreihe ausgeführt werden, eine Periode (p) aus
der Erfahrung gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7. dadurch
gekennzeichnet, daß für die Prüfung von Rotorgarnen die Periode (p) gleich der Länge des Umfangs
der Rotomlle gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge (dn) der einzelnen aufeinanderfolgenden Schritte einen kleinen Bruchteil,
zum Beispiel '/«), der gewählten Periode (p)
beträgt.
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