DE3008139A1

DE3008139A1 - Photoelektrischer spulenfuehler zum detektieren des bewicklungszustands von textilspulen

Info

Publication number: DE3008139A1
Application number: DE19803008139
Authority: DE
Inventors: Werner Eichenberger
Original assignee: Loepfe AG Gebrueder
Current assignee: Loepfe AG Gebrueder
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1980-09-25
Also published as: GB2051347B; IN152731B; JPS6214793B2; BE882221A; US4276910A; GB2051347A; JPS55125473A; DE3008139C2; CH639768A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Spulenfühler zum Detektieren des Bewicklungszustands von Textilspulen/ mit einer Lichtquelle, einem ersten und einem zweiten Lichtsensor zur Aufnahme von der Lichtquelle ausgehenden und von der Spule spiegelnd bzw. diffus reflektierten Lichts, wobei die optischen Achsen der Lichtquelle und der Lichtsensoren in einer Abtastebene liegen und die optischen Achsen der Lichtquelle und des ersten Lichtsensors einen stumpfen Winkel bilden.

Es sind seit langem Schussspulenfühler für Schützenwebmaschinen bekannt, welche ansprechen, wenn der Garnwickel auf der Schussspule erschöpft ist; die Webmaschine wird in diesem Falle stillgesetzt. Um die Anzeige des Zustands "Spule leer" zu verbessern, sind Spulen mit einem spiegelnd reflektierenden Belag versehen worden; weiter sind auch Spulen mit einem Umkehrreflektor, insbesondere "Scotchlite" Band, präpariert worden.

Die Verwendung solcher Spulen bedeutet für die Webereien eine Erschwerung und Verteuerung der Produktion. Es wird deshalb neuerdings die Forderung nach Schussspulenfühlern gestellt, die auch bei Verwendung üblicher, nicht besonders p'räparierter Schussspulen einwandfrei arbeiten. Nach Möglichkeit sollen solche Spulenfühler auch für die bekannten, insbesondere die mit "Scotchlite" versehenen Spulen eingesetzt werden können.

Ein für die Abtastung nicht präparierter Schussspulen vorgesehener photoelektrischer Spulenfühler ist aus der US-PS 3 693 bekannt. Bei diesem bilden die optischen Achsen einer mit Gleichstrom gespeisten Lichtquelle und einer ersten Photozelle einen stumpfen Winkel; eine zweite Photozelle ist mit ihrer optischen Achse nahe an der optischen Achse der Lichtquelle angeordnet. Das Prinzip der Anzeige beruht darauf, dass ein normaler Garnwickel überwiegend diffus reflektiert, während die Oberfläche einer leeren Spule eine deutliche spiegelnde Reflexion bewirkt.

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Die üblichen Schussspulen sind nämlich mit einem Glanzlack als Schutzschicht versehen, so dass sie bis zum gewissen Grade spiegelnd reflektieren. Nach längerer Benutzung der Schussspule wird jedoch der Lack abgerieben und die Oberfläche des Spulenkerns mattiert: infolgedessen wird die Anzeige des Zustands "Spule leer" kritisch oder sogar unmöglich.

Der aus der US-PS 3 693 671 bekannte Spulenfühler kann nicht für die Abtastung mit "Scotchlite" präparierter Schussspulen eingesetzt werden, da durch die Anordnung der zweiten Photozelle nahe an der Lichtquelle diese Photozelle durch vom Umkehrreflektor reflektiertes Licht erregt wird und somit ihre Aufgabe, nur das diffus von der Spule reflektierte Licht zu erfassen, nicht mehr erfüllen kann.

Weiter ist in der DE-PS 2 335 794 (Patente CH 559 364, BE 802 542, US 3 892 492) ein optoelektrischer Spulenfühler beschrieben, der zwei abwechselnd gepulste gerichtete Lichtquellen und einen Sensor zum Empfangen des von den Lichtquellen ausgehenden und an einer Spule reflektierten Lichts umfasst. Dieser Spulenfühler bringt bereits eine merkliche Verbesserung der Anzeige in den kritischen Fall relativ matter Spulenkerne mit sich und ist auch unempfindlicht gegen Fremdlicht.

In der DE-AS 1 223 320 1st ein photoelektrischer Fühler beschrieben, der mit einer Schussspule zusammenwirkt, die mit einer spiegelnd metallischen Hülse versehen ist. Dieser Fühler weist nur je eine Lichtquelle und einen Photosensor auf, vor denen je ein Polarisationsfilter angeordnet ist. Dieser Fühler kann auch allgemein für Spulen mit spiegelnd reflektierendem, also auch glanzlackiertem Kern eingesetzt werden, nicht aber für solche mit mattem Kern.

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Extrem kritisch ist die Abtastung von Spulen mit "mattem" Kern und Glanzgarn oder Glasfasergarn als Wickel: hierbei ist das Reflexionsverhalten der bewickelten und der leeren Spule schon soweit angenähert, dass ein Unterschied schwer zu detektieren ist. Selbst in diesem Falle ist eine Anzeige des Zustands "Spule leer" nur möglich, wenn der "matte" Spulenkern noch einen bestimmten Anteil spiegelnder Reflexion ergibt, das heisst wenn die goniometrische Kurve des reflektierten Lichts ein Maximum aufweist.

Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, einen photaelektrischen Spulenfühler zu schaffen, der in den genannten kritischen Fällen eine erhöhte Sicherheit der Anzeige des Zustands "Spule leer" gewährleistet und der zudem auch für Spulen mit Reflexbelag nach Art des "Scotchlite" brauchbar ist.

Dabei ist allerdings vorausgesetzt, dass es sich um das allgemein für Schussspulen verwendete "Scotchlite Tape" mit glänzendem Schutzüberzug handelt; ein mattes solches Band ohne Schutzlack ist für den Einsatz an Schussspulen sowieso nicht brauchbar.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch einen Spulenfühler mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen.

Die im folgenden beschriebenen Beispiele beziehen sich auf Fühlvorrichtungen für Schussspulen; der erfindungsgemässe photoelektrische Spulenfühler kann aber auch für andere Zwecke, z.B. für die Ueberwachung von Lieferspulen oder Copsen an Spulmaschienen, eingesetzt werden.

Im folgenden wird der erfindungsgemässe Spulenfühler anhand der Zeichnungen durch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit einer Lichtquelle und zwei Lichtsensoren,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit einer Lichtquelle und zwei Lichtsensoren in veränderter Winkelanordnung/

Fig. 3 das Schaltbild des Erapfangskreises der Fig. 1 und 2, und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Spulenfühlers mit zwei Lichtquellen und einem Sensor.

In Fig. 1 ist der Spulenfühler in schematischer Darstellung, mit geöffneter Vorderwand und von der Vorderseite der Webmaschine gesehen, dargestellt. Im Gehäuse 1 sind eine Lichtquelle 2, ein erster Lichtsensor 3, ein zweiter Lichtsensor 4, ein Sendekreis 8 und ein Empfangskreis 9 angeordnet. Lichtquelle 2 und Lichtsensoren 3,4 sind vorzugsweise als Halbleiterbauelemente ausgebildet. Mit 10 ist eine Schussspule bezeichnet, die einen Wickel 11 trägt. Die Lichtquelle 2 und die Lichtsensoren 3 und 4 sind so angeordnet, dass ihre optischen Achsen Sl,S2 und S3 sich in einem Punkt S auf der Oberfläche des Kerns 10a der Spule 10 schneiden. Die durch die genannten optischen Achsen 51,52,83 definierte Ebene soll als Abtastebene'bezeichnet werden. Die optische Achse Sl der Lichtquelle 2 bildet mit der optischen Achse S2 des ersten Lichtsensors 3 einen stumpfen Winkel α,der hier etwa 120° beträgt, im allgemeinen aber von den baulichen Gegebenheiten der Webmaschine abhängt.

Die optische Achse Sl der Lichtquelle 2 und die optische Achse S3 des zweiten Lichtsensors 4 bilden einen spitzen Winkel /3. Dieser Winkel /3 hat vorzugsweise eine Grosse von mehr als 30°. Dadurch wird vermieden, dass bei Vorhandensein eines Umkehrreflektors (z.B. eines bekannten Scotchlite) auf dem Kern der Spule 10 der zweite Lichtsensor 4 durch an dem Umkehrreflektor reflektiertes Licht getroffen wird. Vor der Lichtquelle 2 und

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dem zweiten Lichtsensor 4 ist je ein Polarisationsfilter 5 bzw. 6 angeordnet. Diese Filter sind so orientiert, dass die senkrecht zu der bestimmten Abtastebene S1,S2,S3 schwingenden Komponenten des Lichts (d.h. die Vektoren der elektrischen Feldstärke) durchgelassen werden. Vor dem ersten Lichtsensor 3 befindet sich ein einfaches Fenster 7; es kann jedoch an dieser Stelle ebenfalls ein Polarisationsfilter der genannten Orientierung angebracht sein. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem ersten Lichtsensor 3 und dem zweiten Lichtsensor 4 einerseits und dem Empfangskreis 9 andererseits sind mit Kl bzw. K2 bezeichnet.

In Fig. 1 ist noch die Winkelhalbierende W des Winkels oC eingezeichnet, auf die im Zusammenhang mit der folgenden Fig. 2 bezug genommen werden soll. In dieser Figur sind gleiche oder entsprechende Komponenten mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 gekennzeichnet.

Unterschiedlich gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung des zweiten Lichtsensors 4, und zwar fällt dessen optische Achse S3 hier mit der Winkelhalbierenden W zusammen. Ausserdem ist anstelle des Fensters 7 der Fig. 1 vor dem ersten Lichtsensor 3 ein Polarisationsfilter 12 vorgesehen.

Der Bereich, in welchem der Winkel /3 variieren kann, ist nach oben hin nicht streng festgelegt. Vorzugsweise ist der Winkel /3 jedoch nicht grosser als die Hälfte des stumpfen Winkels α« Im Falle /3=a/2 gemäss Fig. 2 fällt bei symmetrischer Anordnung des zweiten Lichtsensors 4 in der Mittelebene zwischen der Lichtquelle 2 und dem ersten Lichtsensor 3 die optische Achse S3 des zweiten Lichtsensors 4 mit der Winkelhalbierenden W zusammen. Eine weitere Vergrösserung des Winkels β bringt keine Vorteile.

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Fig. 3 zeigt den Aufbau des Empfangskreises 9 in schematischer Darstellung. Es ist dabei vorausgesetzt, dass die Lichtquelle 2 gepulstes Licht aussendet, wie dies an sich bekannt ist; die Pulsfrequenz kann beispielsweise 10 kHz betragen.

Der an den ersten Lichtsensor 3 angeschlossene Kanal Kl umfasst eine Serienschaltung eines Regelverstärkers 13 und eines Demodulators 15; der mit dem zweiten Lichtsensor 4 verbundene Kanal K2 besteht ebenfalls aus einem Regelverstärker 14 und einem Demodulator 16. Die Demodulatoren 15 und 16 umfassen jeweils einen Gleichrichter und ein Glättungsglied, wodurch die hochfrequente Pulsfrequenz unterdrückt wird. Die Ausgänge der beiden Demodulatoren 15,16 sind mit dem positiven bzw. negativen Eingang eines Komparators 17 verbunden. Der negative Eingang des Komparators 17 ist mit einer kleinen positiven Gleichspannung C+ von beispielsweise 0,3 V vorgespannt, so dass der Komparator 17 nur auf deutlich positive Signale anspricht. Die beiden Anschlüsse A und B dienen zur Entnahme von Testspannungen, mit deren Hilfe der Empfangskreis 9 abgeglichen und geprüft werden kann, wie dies im Zusammenhang mit dem folgenden Test erläutert wird.

Durch den Test wurde der Einfluss eines Polarisationsfilters und zweier solcher Filter bei dem in Fig. 1 dargestellten Spulenfühler geprüft, und zwar in dem problematischen Fall - matter Spulenkern mit Glasfaserwickel -. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Vor jeder unter II. in der Tabelle angegebenen Messung wurden - bei gleicher Anordnung ohne bzw. mit Filter -, jedoch bei bewickelter Spule, mit Hilfe der Regelverstärker 13,14 die Spannungen an den Punkten A und B, Fig. 3, auf den gleichen Wert von 4 Volt eingestellt. Anschliessend wurde dann jeweils bei unveränderter Einstellung der Regelverstärker 13,14 die entsprechende unter II. genannte Messung mit leerer Spule ausgeführt.

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Tabelle

Kanal	Kl,	Kanal K2,	Differenz
Punkt	A	Punkt B	spannung
4 V		4 V	0 V
2,85	V	2,25 V	0,60 V
4,25	V	2,00 V	2,25 V

I. Spule mit Wickel, abgeglichen
II. Spule leer-

1) ohne Filter

2) Filter vor Lichtquelle 2

3) Filter vor Lichtquelle 2

und Sensor 4 4,25 V 1,50 V 2,75 V

Aus der vorstehenden Beschreibung zu Fig. 3 folgt, dass der Zustand "Spule leer" angezeigt wird, wenn die Differenzspannung zwischen den Punkten A und B grosser ist als die Vorspannung von 0,3 Volt am Punkt C.

Die Messung II. 1) ohne Filter zeigt eine nur geringe Differenzspannung von 0,60 Volt, die jedoch noch genügt/ um den Komparator 17 ansprechen zu lassen. Die Messung zu II. 2) mit einem Polarisationsfilter vor der Lichtquelle 2 zeigt eine Differenz von 2,25 V, die Messung zu 3) mit zwei Filtern eine noch grössere Differenz von 2,75 V. Wie der Vergleich der Messungen

II. 2) und II. 3) mit Filter mit der Messung II. 1V ohne Filter zeigt, ist der Signalabstand durch die Filter um etwa das Vierfache vergrössert worden. Das bedeutet, dass die Sicherheit der Anzeige des Leerzustands der Spule entsprechend grosser geworden ist.

Die in Fig. 4 dargestellte alternative Ausführungsform des Spulenfühlers arbeitet mit einer ersten und einer zweiten Lichtquelle 18 bzw. 20 und einem Lichtsensor 19. Je ein Polarisationsfilter 22 une 23 ist hier vor dem Lichtsensor 19 und der zweiten Lichtquelle 20 vorgesehen. Die Anordnung ist entsprechend wie in Fig. 2 symmetrisch, wobei die optische Achse S2

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der zweiten Lichtquelle 20 wieder mit der Winkelhalbierenden W des stumpfen Winkels ex zwischen der optischen Achse Sl der ersten Lichtquelle 18 und der optischen Achse S3 des Lichtsensors 19 zusammenfällt.

Schaltungen für den Betrieb des Sendekreises 24 und des Empfangskreises 25 sind aus der bereits genannten DE-PS 2 335 und den entsprechenden Patenten in anderen Ländern bekannt.

Bei der Anordnung mit einer einzigen Lichtquelle nach Fig. 1 bringt bereits die Verwendung eines einzigen Filters eine erhebliche Verbesserung mit sich, wie dies aus der Tabelle, Messung II. 2), hervorgeht. Dieses einzige Filter muss in diesem Falle vor der Lichtquelle angeordnet sein, so dass dadurch sowohl der spiegelnd reflektierte Lichtstrahl längs der Achse S2 als auch das längs der Achse S3 diffus reflektierte Licht senkrecht zur Abtastebene polarisiert werden. Wie die Messung II. 3} der Tabelle zeigt, bewirkt auch die Anordnung eines zweiten "FiI^-ters vor dem einen Lichtsensor noch eine merkliche Verbesserung*

Im Falle der Fig. 4 braucht zwar nicht das von den Lichtquellen 18 und 20 ausgehende Licht polarisiert zu sein; durch Verwendung eines Polarisationsfilters 22 vor dem einzigen Lichtsensor 19 wird jedoch nur das senkrecht zur Abtastebene polarisierte Licht für die Messung ausgefiltert und verwertet.

Es kann in jedem Falle mit nur einem Polarisationsfilter eine erheblich erhöhte Sicherheit der Anzeige des Zustande "Spule leer" erzielt werden. Bei Verwendung nur einer Lichtquelle, Fig. 1 und 2, ist dieses Filter vor dieser Lichtquelle anzuordnen, bei Verwendung nur eines Lichtsensors, Fig. 4, jedoch vor diesem Lichtsensor. Anders ausgedrückt: es wird die beste Wirkung dann erzielt, wenn alles für die Messung verwertete Licht polarisiert ist.

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Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und Fig. 2 kann die Lichtquelle 2 sowohl mit Gleichlicht als auch mit gepulstem Licht erregt werden, wie dies an sich bekannt ist. Es empfiehlt sich jedoch die Anwendung von gepulstem Licht, da hierdurch der Einfluss des aus der Umgebung eingestrahlten Fremdlichts unterdrückt wird. Bei der Anordnung der Fig. 4 müssen die Lichtquellen 18 und 20 in jedem Falle mit abwechselnd gepulstem Licht betrieben werden, da es sonst nicht möglich ist, die von den beiden Lichtquellen herrührenden Signale im Empfangskreis 25 zu trennen und miteinander zu vergleichen.

Die beschriebenen Spulenfühler sind allgemein bei Verwendung von Textilspulen beliebiger Art verwendbar, z.B. von solchen mit spiegelndem oder umkehrreflektierenden Belag. Besondere Vorteile bieten diese Spulenfühler jedoch beim Einsatz unpräparierter, insbesondere matter Spulen und bei Bewicklung mit Glanzgarn oder Glasfasergarn.

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Claims

Patentansprüche

1. Photoelektrischer Spulenfühler zum Detektieren des Bewicklungszustands von Textilspulen, mit einer Lichtquelle, einem ersten und einem zweiten Lichtsensor zur Aufnahme von der Lichtquelle ausgehenden und von der Spule spiegelnd bzw. diffus reflektierten Lichts, wobei die optischen Achsen der Lichtquelle und der Lichtsensoren in einer Abtastebene liegen und die optischen Achsen der Lichtquelle und des ersten Lichtsensors einen stumpfen Winkel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass

der Winkel (jS) zwischen der optischen Achse (Sl) der Lichtquelle (2) und der optischen Achse (S3) des zweiten Lichtsensors (4) gleich 30° oder grosser als 30° ist und dass

ein Polarisationsfilter vor der Lichtquelle (2) In solcher Anordnung vorgesehen ist, dass die senkrecht zu der Abtastebene (S1,S2,S3) schwingenden Komponenten des Lichts durchgelassen werden.

2. Spulenfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ψ) zwischen der optischen Achse (Sl) der Lichtquelle

(2) und der optischen Achse (S3) des zweiten Lichts.ensors (4) nicht grosser ist als die Hälfte des stumpfen Winkels (α).

3. Photoelektrischer Spulenfühler zum Detektieren des Bewicklungszustands von Textilspulen, mit einer ersten und einer zweiten wechselweise gepulsten Lichtquelle und einem Lichtsensor zur Aufnahme von den Lichtquellen ausgehenden und von der Spule spiegelnd bzw. diffus reflektierten Lichts, wobei die optischen Achsen der Lichtquellen und des Lichtsensors in einer Abtastebene liegen und die optischen Achsen (Sl,S3) der ersten Lichtquelle (18)und des Lichtsensors (19) einen stumpfen Winkel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polarisationsfilter vor dem Lichtsensor (19) in solcher Anordnung vorgesehen ist, dass die senkrecht zu der Abtastebene (S1,S2,S3) schwingenden Komponenten des Lichts durchgelassen werden.

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