DE3234330A1

DE3234330A1 - Messvorrichtung zur bestimmung der querdimension eines laufenden fadens mit hilfe eines arrays von bildsensoren

Info

Publication number: DE3234330A1
Application number: DE19823234330
Authority: DE
Inventors: Rolf 8132 Egg Glöckner; Hansruedi 8305 Dietlikon Stutz
Original assignee: Loepfe AG Gebrueder
Current assignee: Loepfe AG Gebrueder
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1983-04-14
Also published as: FR2513754A1; IT1152838B; DE3234330C2; FR2513754B1; IT8223519A0; JPS58131501A; CH655571B; US4511253A; JPH0429003B2

Description

Messvorrichtung zur Bestimmung der Querdimension eines laufenden Fadens mit Hilfe eines Arrays von Bildsensoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Querdimension eines laufenden Fadens mit Hilfe eines Arrays von Bildsensoren, deren Signalzustand die Verteilung des vom Faden beeinflussten Lichts einer Lichtquelle repräsentiert, wobei durch Abfragen de: Bildsensoren mit Hilfe eines Clock-Generators in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein Abfragesignal in Form einer Impulsserie erzeugt wird.

Als "Faden" sollen hier allgemein fadenartige und endlose Gebilde textiler und nicht textiler Art verstanden werden, z.B. Monofilamente, Garne, Glasfasern, Drähte und dergleichen.

In der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 29 49 303 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Querdimension eines längsbewegten fadenartigen Gebildes mit Hilfe eines Arrays lichtempfindlicher Sensoren beschrieben, wobei durch Abfragen des Signalzustands des Arrays in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein serielles Abfragesignal erzeugt wird. Es wird dabei durch besondere Massnahmen die Aufgabe gelöst, insbesondere bei ungleichmässiger Verschmutzung des optischen Messfelds das Grundsignal und damit dessen die Messung fälschenden Aenderungen zu unterdrücken. Als Grundsignal ist dabei das ohne Faden im Messfeld gebildete Abfragesignal zu verstehen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zielt nun nicht auf die Eliminierung des Grundsignals ab, sondern auf die Unterdrückung der Wirkung aller langsamen, langzeitlichen Aenderungen der Messvorrichtung, wie Abnahme der Intensität der Lichtquelle, Verstaubung des Messfelds, Abnahme der Empfindlichkeit der Sensoren des Arrays und des normalerweise daran angeschlossenen Verstärkers.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Im folgenden wird die erfindungsgemässe Messvorrichtung beispielsweise anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Messvorrichtung mit daran angeschlossenem analog arbeitenden elektronischen Fadenreiniger im Blockschaltbild;

Fig. 2 in der Messvorrichtung erzeugte Impulse zur Verdeutlichung der Arbeitsweise derselben;

Fig. 3 den Aufbau eines der in Fig. 1 vorgesehenen Schaltkreise;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Messvorrichtung mit angeschlossenem digital arbeitenden Fadenreiniger·

Gemäss Fig. 1 besteht die Messvorrichtung 1 bis 9 aus einer optoelektronischen Vorrichtung 1 bis 3 und einer Auswerteschaltung 4 bis 9. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle 1, die gerichtetes Licht erzeugt, einen Clock-Generator 2 und ein lineares Array 3 von Halbleiter-Bildsensoren, das sind vorzugsweise Photodioden oder ladungsgekoppelte Elemente (CCD=charge coupled device). Die gestrichelten Linien zwischen der Lichtquelle 1 und den Enden des Arrays 3 schliessen das Messfeld M ein, in dem sich ein im Querschnitt angedeuteter Faden F befindet.

Das lineare Array 3 enthält beispielsweise 256 Sensoren, zu deren Abfragung in periodisch aufeinanderfolgenden Abfragezyklen der Clock-Generator 2 jeweils 256 Clockimpulse pro Zyklus erzeugt. In der ersten Zeile der Fig. 2 sind bei 2A neun der Clockimpulse schematisch wiedergegeben.

An das Array 3 ist die Auswerteschaltung 4 bis 9 und an diese der Fadfnreiniger 10,11 angeschlossen. Die Auswerteschaltung besteht aus einem Messkanal mit den Komponenten 4 bis 7 und 9 sowie einer Regelschleife mit einem Integrator 8.

Der Messkanal bildet eine Serienschaltung eines Verstärkers 4, eines steuerbaren Impulsgebers 5 mit Schwellwertansprache, zum Beispiel eines Schmitt-Triggers, eines UND-Glieds 6 mit einem ersten Eingang A und einem zweiten negierten Eingang B, eines elektronischen Wählers 7 und eines Digital-Analogwandlers 9. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 5 ist an den zweiten negierten Eingang B des UND-Glieds 6 angeschlossen, dessen erster Eingang A mit dem Clock-Generator 2 verbunden ist. Parallel zum Schmitt-Trigger 5 ist an den Ausgang des Verstärkers 4 ein Integrator 8 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Steuereingang C5 des Schmitt-Triggers 5 verbunden ist.

An den Digital-Analogwandler 9 ist die Elektronik 10 eines analog arbeitenden elektronischen Fadenreinigers und an diese eine Trennvorrichtung 11 angeschlossen. Die Elektronik 10 und die Trennvorrichtung 11 können in unterschiedlicher Art und in bekannter Weise aufgebaut sein- Sie sind hier der Einfachheit halber nur schematisch dargestellt.

Nun soll anhand der Fig. 2 die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Messvorrichtung erläutert werden. Wie bereits gesagt, liefert der Clock-Generator 2 in jedem Abfragezyklus eine Impulsserie der bei 2A dargestellten Form. Ohne Faden und ohne Verschmutzung im Messfeld M erscheint eine entsprechende Serie von Impulsen mit annähernd gleicher Amplitude auch am Ausgang des Arrays 3 und des Verstärkers. 4. Die zweite Zeile der Fig. 2 zeigt eine Folge oder Sequenz 4A von Sensorimpulsen unterschiedlicher Amplitude, wie sie bei eingelegtem Faden F am Ausgang des Arrays 3 und des

— O ~

Verstärkers 4 auftritt. Die hohen Impulse oder "Hellimpulse" zeigen einen beleuchteten, die niedrigen Impulse oder "Dunkelimpulse" einen durch den Faden F abgeschatteten Bildsensor an. Hier sind zum Beispiel nur drei Sensoren verdunkelt. Die gestrichelte horizontale Linie S repräsentiert die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers 5.

Bei 5A ist das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 5 dargestellt. Dabei entspricht jedem hohen Impuls der Folge 4A, der die Ansprechschwelle S übersteigt, ein Ausgangsimpuls konstanter Höhe, während die niedrigen Impulse der Folge 4A unterdrückt werden.

Das UND-Glied 6 liefert nun ein Ausgangssignal 6A, welches allein die abgedunkelten Sensoren, in diesem Falle drei, wiedergibt. Diese Zahl wird im elektronischen Zähler 7 gezählt; das digitale Ausgangssignal des Zählers 7 wird im Digital-Ahalogwandler 9 in ein analoges Signal übergeführt, dessen Wert den Durchmesser des Fadens F repräsentiert.

Das analoge Signal wird in bekannter Weise in der Elektronik 10 weiterverarbeitet. Die Trennvorrichtung 11 tritt nur dann in Funktion, wenn das in Fig. 2 bei 6A dargestellte Signal oder das Ausgangssignal des elektronischen Zählers 7 einen bestimmten voreingestellten Schwellenwert überschreitet.

Der Integrator 8 ist so ausgebildet, dass er den vorzugsweise arithmetischen Mittelwert aus den Amplituden der vom Verstärker 4 gelieferten Impulse über eine grössere Anzahl aufeinanderfolgender Abfragezyklen bildet. Ganz allgemein, das heisst bei beliebiger Verwendung der Messvorrichtung, soll die Anzahl dieser Zyklen zwecks Erzeugung eines sicheren Mittelwerts mindestens zehn betragen.

* Λ <·· ft · tf »

* Ψ-

Der Integrator 8 bildet also aus dem Ausgangssignal 4A des Verstärkers 4 ein Mittelwertsignal, dessen Höhe von den Amplituden aller Sensorimpulse, also auch vom Durchmesser des eingelegten Fadens und gegebenenfalls von der Verschmutzung des 1 essfelds M abhängt. Das Mittelwertsignal ist umso kleiner, je stärker die Verschmutzung und je grosser der Durchmesser des Fadens ist. Dieses Mittelwertsignal kommt über den Steuereingang C5 zur Einwirkung auf den Schmitt-Trigger 5. Dadurch wird die Ansprechschwelle S des Schmitt-Triggers 5 so gesteuert, dass sie gleichsinnig mit der auf das Array 3 fallenden Lichtmenge zu- oder abnimmt. Zum Beispiel wird bei starker Verschmutzung diese Lichtmenge geringer; diese Abnahme wird durch die Wirkung des Integrators 8 dadurch kompensiert, dass die Ansprechschwelle S des Schmitt-Triggers 5 herabgesetzt oder anders ausgedrückt seine Ansprechempfindlichkeit erhöht wird. Diese Ansprechempfindlichkeit wird also gegensinnig zur Grosse des langzeitig gemittelten Ausgangssignals des Arrays 3 geregelt.

Bei Verwendung der Messvorrichtung 1 bis 9 zusammen mit einem Fadenreiniger 10,11 an einer automatischen Spulmaschine muss die Zeitkonstante des Integrators 8 so bemessen werden, dass durch Garnfehler verursachte Schwankungen des Durchmessers des Fadens F keinen merklichen Einfluss auf die Regelung haben. Es ergeben sich in diesem Falle Zeitkonstanten, die normalerweise erheblich grosser sind als der zehnfache Wert der Abfrageperiode.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Integrators 8 mit einem Operationsverstärker OP. Dessen Ausgang ist in bekannter Weise durch einen Kondensator C, auf den negativen Eingang des Operationsverstärkers OP gegengekoppelt. Der Eingangswiderstand R, bestimmt zusammen mit dem Kondensator C-, und dem Verstärkungsfaktor ν die Zeitkonstante τ = ν-Ri-Ci. Der zum Kondensator Ci parallel geschaltete Widerstand R2 hat einen hohen Widerstandswert und verhindert das Aussteuern des Operationsverstärkers OP in die Sättigung.

— O ~

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung, wobei gleich wirkende Komponenten mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Komponenten mit ähnlicher, jedoch modifizierter Funktion sind mit den gleichen, jedoch zusätzlich mit einem Index versehenen Bezugsziffern, zum Beispiel 4-1, bezeichnet.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 bis 3 entsp_icht der in Fig. dargestellten.

An das Array 3 ist ein Verstärker 4-1 mit regelbarer Verstärkung angeschlossen. Die Regelschleife verläuft hier vom Ausgang des Verstärkers 4-1 über einen Tiefpass 8-1 mit grosser Zeitkonstante und einen Operationsverstärker 8-2 zu einem Steuereingang C4 des Verstärkers 4-1. Anstelle des Tiefpasses 8-1 konnte hier wie in
Fig. 1 auch ein Integrator 8 eingesetzt werden.

Während in Fig. 1 die Regelschleife mit dem Integrator 8 eine
"Vorwärtsregelung" mit Angriff am Schmitt-Trigger 5 bewirkt, ist gemäss Fig. 4 eine "Rückwärtsregelung" mit Angriff am Verstärker 4-1 vorgesehen. Der Schwellwert des Schmitt-Triggers 5-1 ist dabei fest eingestellt.

Der Ausgang des Tiefpasses 8-1 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 8-2 verbunden. Ferner ist zwischen einen
Schwellwertausgang S5 des Schmitt-Triggers 5-1 und den positiven Eingang r.es Operationsverstärkers 8-2 ein Verstärker 8-3 geschaltet. Der Schwellwertausgang S5 führt eine Spannung, die
dem Schwellwert des Schmitt-Triggers 5-1 entspricht. Diese Spannung wird im Verstärker 8-3 um ein mehrfaches, zum Beispiel das
zweifache, verstärkt. Demgemäss spricht der Operationsverstärker 8-2 an, wenn das Ausgangssignal des Tiefpasses 8-1 das zweifache des Schwellwerts des Schmitt-Triggers 5-1 übersteigt, und bewirkt in diesem Falle eine Herabsetzung des Verstärkungsfaktors
des Verstärkers 4-1.

Das UND-Glied 6 und der elektronische Zähler 7 sind wieder entsprechend geschaltet wie in Fig. 1. Jedoch ist der Ausgang des
Zählers 7 direkt mit dem Eingang der digital arbeitenden Elektronik 10-1 des Fadenreinigers verbunden.

Das Impulsschema der Fig. 2 kann auch hier bei sinngemässer Deutung der Darstellung in der zweiten Zeile bei 4A zur Erläuterung der Arbeitsweise der Messvorrichtung der Fig. 4 dienen. Wie gesagt, ist bei der in dieser Figur dargestellten Anordnung die
Ansprechschwelle S des Schmitt-Triggers 5-1 fest eingestellt,
und durch die Regelung mittels des Tiefpasses 8-1 und des Operationsverstärkers 8-2 wird mit der in Fig. 4 dargestellten Schaltung die Amplitude der verstärkten Sensorimpulse 4A beeinflusst.

Man kann das Ergebnis der Regelschleifen, die jeweils einen Mittelwert bildenden Integrator 8 bzw. 8-1 enthalten, auch so formulieren, dass beim langzeitigen oder langsamen Nachlassen des Ausgangssignals des Verstärkers 4 bzw. 4-1 das Verhältnis der mittleren Amplitude der vom Verstärker 4 bzw. 4-1 gelieferten Impulse zur Höhe des Schwellwerts des Schmitt-Triggers 5 bzw. 5-1 erhalten bleibt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dunkelimpulse auch beim Nachlassen der Empfindlichkeit des Arrays 3 durch Staub, Verschmutzung oder Alterung der Sensoren mit Sicherheit von den Hellimpulsen unterschieden werden können.

28.7.1982

Claims

GEBRUEDER LOEPFE AG, WETZIKON (SCHWEIZ)

Patentansprüche

^)Messvorrichtung zur Bestimmung der Querdimension eines laufenden Fadens mit Hilfe eines Arrays von Bildsensoren, deren Signalzustand die Verteilung des vom Faden beeinflussten Lichts einer Lichtquelle repräsentiert, wobei durch Abfragen der Bildsensoren mit Hilfe eines Clock-Generators in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein Abfragesignal in Form einer Impulsserie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

an das Array (3) Schaltkreise (4,5;4-l,5-l) mit Schwellwertansprache (5,5-1) angeschlossen sind, deren Ansprechempfindlichkeit mit Hilfe einer Regelschleife (8;8-1,8-2,8-3) gegensinnig zur Grosse des langzeitig gemittelten Ausgangssignals des Arrays (3) regelbar ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein UND-Glied (6) mit einem ersten Eingang (A) und einem zweiten, negierten Eingang (B) vorgesehen ist, wobei der erste Eingang an den Clock-Generator (2) und der zweite, negierte Eingang an den Ausgang der Schaltkreise (4,5;4-1,5-1) mit Schwellwertansprache angeschlossen ist, so dass das serielle Ausgangssignal (6A) des UND-Glieds (6) den Durchmesser des vom Array (3) abgetasteten, im Messfeld (M) befindlichen Fadens (F) repräsentiert.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreise (4,5) aus einer Serienschaltung eines Verstärkers (4) mit fest eingestellter Verstärkung und eines Schmitt-Triggers (5) mit steuerbarer Ansprechschwelle (S) bestehen, und dass die Regelschleife vom Eingang zu einem Steuereingang (C5) des Schmitt-Triggers (5) verläuft.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreise (4-1,5-1) aus einer Serienschaltung eines Verstärkers (4-1) mit regelbarer Verstärkung und eines Schmitt-Triggers (5-1) mit festeingestellter Ansprechschwelle bestehen, und dass die Regelschleife (8-1,8-2) vom Ausgang zu einem Steuereingang (C4) des Verstärkers (4-1) führt.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschleife einen Integrator (8,8-1) aufweist, welcher den Mittelwert aus den Amplituden der vom Verstärker (4,4-1) gelieferten Impulse über mindestens zehn Zyklen des Clock-Generators (2) bildet.