DE2953108A1 - Electro-optical control to detect filament passing through a guide-eye - Google Patents

Electro-optical control to detect filament passing through a guide-eye

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DE2953108A1
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S Canfield
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Description

DR.-ING. DIPL.-ΙΝβ. M. SC. _. DIfU-PHYS. DR. DIPU-PHYS. DIPL.-PrHYS DR
HÖGER - STEULR^CKT- GRfEgSBACH - HAECKER BOEHME
P-ATE-NTAN W-AL-Yi: IN S-TUnGART
A 44 140 u Anmelder: Owens-Corning Fiberglas Corp.
u - 185 Fiberglas Tower
2. Mai 1980 Toledo, Ohio 43659 U.S.A.
Deutsche Übersetzung der Anmeldung PCT/US79/00673
BESCHREIBUNG
Elektrooptische Überwachung zum Nach-■weis des Durchganges einer Faser durch ein Führungsauge
Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft den Nachweis von faserförmigen Material und insbesondere eines solchen faserförmigen Materials unter Verwendung einer Lichtquelle und eines Lichtsensors.
Stand der Technik
Der Stand der Technik enthält zahlreiche Beispiele zum Nachweis einer Faser oder eines Faserbündels bei dessen Vorschubbewegung. Viele dieser bekannten Vorrichtungen verwenden eine Lichtquelle und das von der Faser reflektierte Licht zur Betätigung eines Lichtsensors und zur Erzeugung eines Faseranwesenheitssignals.
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Eine solche bekannte Vorrichtung ist im US-Patent 4 010 908 beschrieben, welches eine Führung für eine Faser oder ein Faserbündel sowie ein Faseroptiksystem zur Zuführung von Licht zu der Führung zeigt. Ferner ist das Faseroptiksystem zum Empfang des von der Faser reflektierten Lichtes ausgebildet. Andere Beispiele der Verwendung von reflektiertem Licht zur überwachung der Anwesenheit einer Faser sind in den britischen Patenten 1 124 5 90 und 779 548 gezeigt, und zwar zusätzlich zu dem im US-Patent 4 010 908 angegebenen Stand der Technik.
Jedoch muß bei dem in diesen Patenten beschriebenen Stand der Technik das Gebiet des Fasernachweises insgesamt belichtet werden oder man muß die Fasern in das Nachweisgebiet zwingen, wobei man in dem einen Fall ein System mit einem geringen Signal-Rauschverhältnis erhält und wobei man im anderen Fall eine mechanische Beanspruchung der Faser selbst in Kauf nehmen muß. Die bekannten Vorrichtungen benötigen ferner eine wesentlich kräftigere Lichtquelle als die Festkörperlichtquellen der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung verwendet eine optische Sensoreinheit mit einer Festkörperlichtquelle und einem Lichtdetektor Der Detektor und die Lichtquelle sind in einem Sensorkörper derart angeordnet, daß der Focus des Sensors vom Sensorkörper entfernt ist. Die Empfindlichkeit oder das Ansprechen des Sensors ist innerhalb des Focusbereichs maximal und außerhalb des Focusbereichs im wesentlichen null. Es ist ein Führungskörper mit einer Führungsöffnung vorgesehen, und die Faser oder das Faserbündelmaterial wird durch diese Öffnung geführt. Der Sensor ist relativ zu der Führung derart angeordnet, daß der Focus im wesentlichen an der inneren Oberfläche der Führung angeordnet ist. Die Faser oder das Faserbündel, die durch die Führung laufen, können in der Ebene der Führung sich in jeder Richtung bewegen , wobei sie am Sensor ein Signal erzeugen, wenn sie den Lichtstrahl durchsetzen und das Licht des Lichtstrahles auf den Lichtdetektor des Sensors reflektieren.
Das Ausgangssignal des Sensors ist ein intermittierend erzeugter Impuls, der in Abhängigkeit von der Bewegung der Faser oder des Faserbündels durch das Focusgebiet des opitischen Sensors erzeugt wird.
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Eine Steuerschaltung ist vorgesehen, und der Ausgangsimpuls des Lichtsensors wird der Steuerschaltung zusammen mit einem geeigneten Zeitsignal zugeführt. Das Zeitsignal veranlaßt die Steuerschaltung, ein Ausgangs signal zu erzeugen, das anzeigt, daß keine Faser festgestellt werden konnte, wenn nicht innerhalb einer vor bestimmten Zeit ein Signal vom Sensor empfangen worden ist. Wenn das Sensorsignal jedoch innerhalb der vorbestimmten Zeit empfangen worden ist, dann setzt das Sen sorausgangssignal die Steuerschaltung zurück und beginnt eine neue Periode.
Diese Erfindung bringt zwei wesentliche Vorteile mit sich.
Durch die Verwendung eines Sensors mit einem Wenig ausgedehnten Focusgebiet an der Innenseite der Führung, die dem Sensor am nächsten liegt, wird nur dann ein Signal erzeugt, wenn die Faser in dieses Focusgebiet hineinläuft und dadurch zur Erzeugung eines Impulssignales durch den Lichtdetektor führt. Dadurch wird die Gesamtzahl der Impulse, die der Sensor erzeugt, beträchtlich herabgesetzt, da das Focusgebiet nur einen geringen Teil der gesamten Fläche innerhalb der Führung darstellt.
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Die geringere Anzahl von erzeugten Signalen ist mit dem Vorteil eines höheren Signal- Rauschverhältnisses verbunden, da das durchschnittliche Signalniveau relativ zum Impuls niedriger ist.
Durch die Verwendung eines nur kleinen Focusgebietes kann man im Unterschied zu bekannten Vorrichtungen kleinere Lichtquellen verwenden. Im Stand der Technik benötigte man hingegen starke Lichtquellen, beispielsweise eine Glühbirne, um die gesamte Fläche auszuleuchten. Da in diesem Fall jedoch nur ein kleines Focusgebiet verwendet wird, kann eine Festkörperlichtquelle verwendet werden, beispielsweise eine Leuchtdiode. Dadurch wird der Energiebedarf herabgesetzt und außerdem trägt dies dazu bei, das Signal- Rauschverhältnis zu erhöhen.
Die im bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellte Führung ist nicht wesentlich für die Ausführung der Erfindung. Sie wird in der bevorzugten Äusführungsform verwendet, um den Sensor zu halten. Jede andere Halterung kann verwendet werden, die den Sensor neben dem Fadenweg anordnet.
Die Führungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform übernimmt gemäß der Erfindung zwei Funktionen. Sie dient der Halterung des Sensors und kann außerdem die Bewegung der Faser oder des Faserbündels in einer
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im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen.-Vorschubrichtung gelegenen Richtung begrenzen. Die Faser oder das Faserbündel bewegen sich dann in einer Hauptrichtung (Längsrichtung) und außerdem in einer im wesentlichen senkrecht dazu verlaufenden Richtung und in das Focusgebiet des Sensors und aus diesem heraus.
Jedoch sollte deutlich bleiben, daß die Erfindung entsprechend den beschriebenen Grundlagen auch ohne die besondere Form der Führung durchgeführt werden kann und ohne die Notwendigkeit, den Sensorkörper an dieser Führung selbst zu haltern.
Wenn beispielsweise die Querbewegung der Faser oder des Faserbündels durch die Natur des Prozesses begrenzt wird, kann der Sensor an einer beliebigen Halterung derart gehalten werden, daß der Focus des Sensors sich im Weg der Querbewegung der Faser oder des Faserbündels befindet und im wesentlichen in einem Bereich an der Außenseite dieser begrenzten Querbewegung.
Die Führungen können die Endpunkte von Aufwind- und Vorratsspulen sein. Die Führungen können auch räumlich von dem Sensor entfernt sein und beispielsweise als Rollen oder Stifte ausgebildet sein, die die Richtung der Fasern oder Faserbündeln ändern. Die Führungen können auch elektrostatisch oder pneumatisch arbeiten.
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Unabhängig von der bestimmten Art der jeweils verwendeten Führung bewegen sich jedoch die Fasern oder Faserbündel bei ihrer Bewegung in ihrer Hauptrichtung auch und zumindest statistisch und intermittierend durch den Focus des Sensors. Für die Durchführung der Erfindung ist es nicht notwendig, daß sich die Faser oder das Faserbündel kontinuierlich im Focusgebiet befinden, solang sie nur von Zeit zu Zeit durch den Focus des Sensors mit einer Frequenz hindurchtreten, die hoch genug ist, um im Fall eines Fadenbruches eine rechtzeitige Reaktion zu gewährleisten.
Die Erfindung ermöglicht es, daß der optische Sensor derart angeordnet ist, daß sein Focusgebiet durch fadenförmiges Material durchsetzt ist, während dieses längs seiner Hauptrichtung und quer zu dieser bewegt wird. Durch die Verwendung eines optischen Sensors, der außerhalb des Bereichs der Querbewegungen angeordnet ist, aber dessen Focus sich innerhalb des Bereichs der Querbewegung befindet, kann die statistische und intermittierende Bewegung des Materials in das Focusgebiet und aus diesem heraus ein Signal erzeugen. Das Signal gibt die Anwesenheit des Fadens an, ohne daß dazu weitere Energie zur Ausleuchtung des gesamten Gebietes der Querbewegung notwendig wäre. Es ist auch nicht nötig das Licht durch den Faden hindurch zu überwachen oder den Faden zu berühren oder das Material
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einem elektrischen Feld auszusetzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt eine Explosionsansicht der Führung und die Art, in der die Sensoreinheit in die Führung eingesetzt werden kann.
Figur 2 zeigt eine Ansicht der zusammengebauten Führung von unten längs Linie 2-2 in Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Teilseitenansicht der zusammengebauten Führung längs Linie 3-3 in Figur 1.
Figur 4 ist ein Blockdiogramm einer Steuerschaltung zu einer erfindungsgemäßen Verwendung.
Figur 5 ist ein Schaltbild, aus dem sich ergibt, wie mehrere Lichtsensoren geschaltet werden können,
Figur 6 ist ein Schaltbild einer bestimmten Steuerschaltung zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ·
In Figur 1 ist ein Führungskörper in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Ein Führungselement 2 hat einen Rücksprung oder eine Ausnehmung 3 zur Aufnahme eines Sensors 5. Die Ausnehmung 3 zur Aufnahme des Sensors hat ein schmales Ende 7 und wird allmählich breiter bis zu einem breiteren Ende 9. Die Sensoreinheiten einschließlich einer Leuchtdiode 11 und eines Detektors 13 für reflektiertes Licht sind am schmalen Ende angeordnet und haben ein Focusgebiet und ein Gebiet maximaler Empfindlichkeit 15, welches in geringem Abstand am schmalen Ende 7 angeordnet ist. Anschlußpaare 21 und 23 sind mit der Lichtquelle bzw. dem Sensor für reflektiertes Licht verbunden; sie führen der Lichtquelle 17 Energie zu und empfangen Signale vom Lichtdetektor 13. Der Körper des Sensors 5 ist in die Ausnehmung 3 in Richtung des Pfeiles 25 eingeschoben und kann durch irgendeine geeignete Vorrichtung in dieser Position fixiert werden, beispielsweise mittels einer Schraube oder mittels einer ähnlichen Anordnung.
Die divergierenden Wände des Sensorkörpers 5 werden von in gleicher Weise divergierenden Wänden 27 der Ausnehmung aufgenommen, die so angeordnet sind, daß sie dem Sensorkörper angepaßt sind und diesen aufnehmen
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können.
Das Führungselement 1 hat eine öffnung 29, durch welche das fadenförmige oder faserförmige Material 31 hindurchtritt. Der Faden bewegt sich in einer Vorzugsrichtung 31 längs der Achse der öffnung 29 und kann sich auch quer dazu bewegen, wie durch die Pfeile 33 gekennzeichnet ist. Das Focusgebiet 15 des Lichtsensors ist im wesentlichen an der inneren Fläche der Führungsöffnung 29 gezeigt.
Figur 2 zeigt eine Ansicht der zusammengebauten Führung von unten längs Linie 2-2 in Figur 1. rjie Sensoreinheit 5 ist derart dargestellt, daß die Lichtquelle 11 und der Sensor 13 für das reflektierte Licht auf die Innenfläche der Führungsöffnung 29 ausgerichtet sind, wobei das Focusgebiet im wesentlichen an der Innenfläche der Führungsöffnung 29 liegt.
Figur 3 zeigt eine Teilschnittansicht des Sensors längs Linie 3-3 in Figur 1, wobei der Führungskörper zusammengebaut ist. Das Focusgebiet 15 ist im wesentlichen an der Innenfläche der Führungsöffnung 29 gezeigt. Fasermaterial 35 bewegt sich quer zu seiner Hauptbewegungsrichtung, wie es durch die Pfeile 33 gekennzeichnet ist, schneidet die Lichtquelle im Focusgebiet 15 und überträgt reflektiertes Licht auf den Lichtdetektor 13, der dann ein geeignetes Signal erzeugt.
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Eine geeignete überwachungsschaltung zum Empfang des Signals und zur Überwachung des gesamten Prozesses ist>in Figur 4 dargestellt. Eine Steuerschaltung ist dargestellt, die einen Eingang 23' zur Aufnahme des impulsförmigen Signals vom Reflexionslichtdetektor 13 aufweist. Ein Zeitgeber 37 liefert ein Eingangssignal an die Steuerschaltung. Die Steuerschaltung gibt ein Ausgangssignal ab, welches anzeigt, daß kein Faden anwesend ist, es sei denn, ein Signal wird innerhalb einer von dem Zeitgeber 37 vorbestimmten Zeitdauer am Klemmenpaar 23' empfangen.
Zahlreiche bekannte Vorrichtungen können verwendet werden. Beispielsweise kann die Steuerschaltung einen Zähler enthalten, der von einem Signal am Klemmenpaar 23' auf eine vorbestimmte Zahl zurückgesetzt wird und der dann vom Zeitgeber 37 auf null zurückgezählt wird. Er erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 39, wenn er nicht durch ein neues Signal am Klemmenpaar 23 innerhalb des Zeitintervalles zurückgesetzt wird.
Figur 6 zeigt eine besondere Steuerschaltung, die im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden kann. Die Einheit innerhalb der gestrichelten Linien ist der optische Sensor, der aus der Leuchtdiode und dem Sensor für reflektiertes Licht besteht. Ein 82 Ohm Widerstand ist in Reihe mit der Spannungsversorgung dargestellt, der eine etwa 40 ma -Konstantstromquelle für die Leuchtdiode annähern soll. Lichtreflexion durch den Faden führt zur Erzeugung eines Signales im Sensor
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und zu einem Eingangsimpuls für Q1. Dadurch wird Q1 durchgeschaltet und C entladen. Ohne das Sianal vom Sensor wird C aufgeladen, da Q1 gesoerrt ist. Nach einer. Zeitdauer, die durch die Lade- Konstante RC bestimmt wird, erreicht C die Schwellspannung des Schmitt-Triggers, der seinen Ausgang von einem Faden -vorhanden- Signal zu einem Faden -fehlt- Signal umschaltet.
Ein geeigneter Sensor, der im Rahmen dieser Vorrichtung verwendet werden kann, wird kommerziell hergestellt, der Optron OPB-125A.
Figur 5 zeigt die Weise, in welcher diese Erfindung mit mehreren Detektoren und einer Vielzahl von Leuchtdioden verwendet werden kann, die mit einer Konstantstromquelle in Reihe geschaltet sind. Innerhalb der gestrichelten Linien ist eine Stromquelle 41 dargestellt, Der Ausgang 43 ist mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden verbunden, die innerhalb der Klammer 45 dargestellt sind und zwischen die Anschlüsse 43 und 47 eingeschaltet sind. Die Konstantstromquelle, die mit den Leuchtdioden in Reihe verbunden ist, wobei jede Leuchtdiode eine Lichtquelle 17 in einem Sensor 5 darstellt, führt zu einer im wesentlichen gleichen Lichtausgangsleistung von allen Lichtsensoren und zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen gleichen Reaktion bei einer größeren Anzahl von Füh-
"" Λι03/'β] 2 6
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rungen.
Die Konstantstromquelle 41 ist als Beispiel dargestellt und darf nicht als Beschränkung der Erfindung angesehen werden, da jede bekannte Konstantstromquel le verwendet werden kann. Im Betrieb wird der 35-bis 50-Ohm-variabel-Widerstand derart eingeregelt, daß
er im Kurzschluß 44 MilliampeVe aufweist, so daß
12 in Reihe geschaltete Leuchtdioden versorgt werden können "mit einem Strom von 40 MilliampeVe und von
einer Gleichspannungsversorgung mit 44 Volt. Der Verstärker ist.eine im Handel erhältliche CA 3085 A-Ein heit.
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Claims (9)

  1. DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DlPL.-PHYS. DIPL.-PHYS. DB
    HÖGER - STELLRE!cHT"~5GRIE50eACH - HAECKER BOEHME
    PA_TE"N_TAN WÄ LTE '.N STL-1T1TG-ART
    A 44 14 0 u y/C- Anmelder:Owens Corning Fiberglas Corp.
  2. 2. Mai 1980 ' ^0" Fiberglas Tower
    u - 185 Toledo, Ohio 43659, U.S.A.
    A h spr üc h e
    1. Vorrichtung zum Nachweis eines kontinuierlichen fadenförmigen Materials mit Mitteln zur Führuna
    des Materials längs einer ersten Vorschubrichtung, und mit einem optischen Sensor mit einer Lichtquelle und
    einem Lichtdetektor, wobei die Führungsmittel die Bewegung des Materials in einer Richtung quer zur Vorzugsvorschubsrichtung begrenzen, wobei der Sensor ein Focusgebiet hat, wobei der Sensor neben dem Material angeordnet ist und sein Focusgebiet im wesentlichen an der äußeren Begrenzung der begrenzten Querbewegung angeordnet ist, wobei der Detektor Licht aus der Lichtquelle nachweist, das von dem Material reflektiert wird, wenn das Material bei seiner Querbewegung in das Focusgebiet eintritt, und wobei der Sensor im wesentlichen nicht auf Licht reagiert, das in ein Gebiet außerhalb des Focusgebiets reflektiert wird.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Führung durch einen Körper mit einer Öffnung gebildet werden und wobei der Focus des Sensors an der Innenseite der Öffnung liegt.
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Empfindlichkeit des Sensors im Focusgebiet maximal ist und außerhalb des Focusgebiets minimal ist und wobei der Sensor den Faden nur dann nachweist, wenn der Faden sich innerhalb des Focusgebiets des Sensors befindet.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die öffnung wesentlich größer ist als die Größe des fadenförmigen Materials.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Sensorlichtquelle eine Festkörperlichtquelle ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Lichtquel-Ie eine Leuchtdiode ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Sensor einen Körper mit einem schmalen und einem breiten Ende hat, wobei die Haltemittel eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors mit einem schmalen Ende an der Innenseite der öffnung und mit einem von der Innenseite der öffnung abgewandten breiten Ende umfassen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, mit einer Vielzahl von Sensoren zur Überwachung von einer Vielzahl von Fäden, wobei jeder Sensor ein optischer Sensor mit einer Lichtquelle und einem Detektor für reflektiertes Licht ist, wobei jede Lichtquelle mit den anderen und einer Konstantstromquelle in Reihe geschaltet ist, so daß die Lichtleistung
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    jeder Lichtquelle im wesentlichen gleich ist, und wobei jeder Sensor derart angeordnet ist, daß sein Focusgebiet auf der Innenseite der Führungsöffnung angeordnet ist, die dem Sensor am nächsten liegt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Empfindlichkeit jedes Sensors im Focusgebiet maximal und ausserhalb des Focusgebietes minimal ist und wobei
    der Sensor einen Faden nur dann entdeckt, wenn der Faden sich im Focusgebiet des Sensors befindet.
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DE792953108A 1978-09-07 1979-08-31 Electro-optical control to detect filament passing through a guide-eye Withdrawn DE2953108A1 (en)

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