DE3335875C2 - - Google Patents
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- DE3335875C2 DE3335875C2 DE19833335875 DE3335875A DE3335875C2 DE 3335875 C2 DE3335875 C2 DE 3335875C2 DE 19833335875 DE19833335875 DE 19833335875 DE 3335875 A DE3335875 A DE 3335875A DE 3335875 C2 DE3335875 C2 DE 3335875C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und
Überwachung der Fadenspannung, von Fäden, insbesondere von
elastischen Fäden, einer Fadenschar, vor und/oder während
eines Aufwickelvorganges der Fäden, wobei eine quer zur
Fadenschar wirkende Lichtschranke zur Anwendung kommt und
das Meßergebnis in einer Auswerteschaltung ausgewertet
wird.
Aus der DE-PS 6 46 699 ist eine Einrichtung zum Anzeigen
der Fadenspannung bei Spinnmaschinen bekannt, bei der
lockere oder durchhängende Fäden in der Anzeigevorichtung
dargestellt werden. Eine Punktlichtquelle erzeugt über
eine Kondensorlinse paralleles Licht, welches in der
Fadenebene auf die Fadenschar gerichtet ist, derart, daß
die Ebene der Fadenschar die Symmetrieebene für die
Lichtstrahlen bildet.
Während die Lichtquelle mit Kondensorlinse auf der einen
Seite der Fadenschar angeordnet ist, befindet sich auf der
gegenüberliegenden Seite dieser Schar ein Auffangschirm,
auf dem das Schattenbild der Fadenschar abgebildet wird.
Bei Normalbetrieb entsteht auf dem Auffangschirm ein
Schattenbild von einer vorgegebenen Breite. Wenn nun der
eine oder andere Faden aus der Vielzahl der Fäden der
Fadenschar die Ebene der Fadenschar verläßt, entsteht eine
Verbreiterung des Schattenbildes.
Eine solche Verbreiterung des Schattenbildes wird durch
Fotoempfänger ausgewertet, welche senkrecht zur Fadenschar
angeordnet sind. Wird der jeweils obere oder untere
Fotoempfänger beeinflußt, so wird hierdurch angezeigt, daß
mindestens einer der Fäden eine zu niedrige oder zu hohe
Fadenspannung aufweist.
Die genannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß
sie nicht in der Lage ist, den jeweils defekten Faden selbst
zu ermitteln. Eine direkte Erfassung der einzelnen Fäden ist
daher nicht möglich. Aus dem Schattenbild kann nicht gefolgert
weden, welcher Faden bzw. welche Fäden defekt sind.
Aus der Zeitschrift "Laser + Elektro-Optik" Nr. 2/1973 ist
ein elektrooptisches Meßgerät für dünne Fäden bekannt. Auch
dieses elektrooptische Meßgerät ist nicht in der Lage, die
Fadenspannung eines elastischen Fadens direkt zu erfassen.
Die bekannte Meßvorrichtung benützt eine aufwendige Laservorrichtung
mit einem Mikroskopobjektiv und einem Kollimator
und nützt die Beugung von Laserstrahlen aus, welche an den
zu messenden Faden auftritt. Hierbei wird die Beugung zur
Durchmesserbestimmung von dünnen Fäden verwendet. Dieses
bekannte Meßgerät ist daher nicht in der Lage, die Spannung
von Fäden zu ermitteln und zu überwachen und zwar nicht nur
vor sondern auch während des Aufwickelvorganges der Fadenschar
unabhängig von deren Durchmessern.
Nach bisheriger Praxis wurden die Fadenspannungen von Fäden,
insbesondere von Textilfäden, mit einem Dehnungsmeßstreifen
im statischen Zustand gemessen, welcher an den Fäden angebracht
ist. Die Messung erfolgte direkt am Faden. Vom Meßergebnis
ausgehend wurde dann der Maschinenstatus eingestellt. Der mit
Hilfe eines Fadens und des an ihm angebrachten Dehnungsmeßstreifens
ermittelte Dehnungswert galt stellvertretend für
den gesamten Aufwickelvorgang sowie für die anderen Fäden.
Auch ein solches Verfahren zur Feststellung der Fadenspannung
erweist sich als unsicher und nachteilig, da zwar eine Soll
Fadenspannungseinrichtung an der Maschine erfolgen kann,
jedoch eine Istwert-Kontrolle bei der Ausübung des Verfahrens
nicht gegeben ist. Werden z. B. die Fadenspannungswerte innerhalb
eines vorgegebenen Toleranzbereiches nicht genau eingehalten,
sei es daß die Maschineneinstellung nicht genau ist oder aber
daß einige Fäden Fehler oder Schwachstellen aufweisen, so
ergeben sich nachteilige Folgewirkungen im Stoff, bei dem
dann, insbesondere nach dem Färben, Streifenbildungen aufgrund
von zu dicken oder zu dünnen Fäden entstehen. Hieraus ergeben
sich wieder erhöhte Verarbeitungskosten. Besonders nachteilig
sind solche Streifenbildungen bei der Einfärbung des Stoffes
mit dunkler, insbesondere blauer Farbe. Stärkere Abweichungen
in den Fadenspannungen haben daher gravierende Nachteile beim
Wirken und Färben zur Folge. Sind alle Fäden fehlerhaft, so
stimmt das jeweilige Flächengewicht nicht mehr mit dem Sollwert
überein. Gleiches gilt auch für das Farbstoffaufnahmevermögen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur
eindeutigen Messung und Überwachung der Fadenspannung von
mindestens einem elastischen Faden im gespannten Zustand innerhalb
seines Elastizitätsbereiches zu schaffen, um eine vorgegebene
Fadenspannung nicht nur vor, sondern auch während des
Aufwickelvorganges im Sinne einer On-Line-Messung zu überwachen,
wobei die Fadenspannungsüberwachung hierbei den Faden selbst
nicht angreifen und darüber hinaus einfach und trägheitsarm
erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Durchmesser jedes einzelnen elastischen Fadens der Fadenschar
im Wege der Schwächung des Strahlenbündels der
Lichtschranke ermittelt und die Abweichung des Durchmessers
eines Fadens gegenüber einem Solldurchmesserwert
zur Bestimmung der Fadenspannung herangezogen wird.
Das Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß beim
Strecken- bzw. Verstrecken eines Fadens dessen Durchmesser sich
mit zunehmender Verstreckung verringert. Trägt man den
Fadenspannungsdurchmesser über die in Prozenten auf die
Grundlänge bezogene Verstreckung auf, so ergibt sich hierbei
eine annähernd natürlich logarithmisch abnehmende
Charakteristik. Dies gilt innerhalb des elastischen Bereiches
der elastischen Fäden, die auch Elastomerfäden genannt werden.
Ab einem bestimmten Vertreckungsgrad verhärten sich die
Ringmoleküle der Fäden mit der Folgewirkung, daß die
Elastizität abnimmt und bei weiter erhöhter Zugkraft der Faden
verhärtet und reißt. Bei Elastomerfäden wurde durch
Untersuchungen und Messungen festgestellt, daß der
Verstreckungsvorgang und damit die Faden
Durchmesserveränderung reversibel ist. Der
Charakteristikverlauf folgt ungefähr einer natürlichen
logarithmischen Funktion. Aufgrund dieser Reversibilität kann
daher auf die Fadenspannung, insbesondere auf die mit einer
Restspannung bzw. Restverstreckung behafteten Qualitäten der
Fäden, geschlossen werden, was durch Versuche bestätigt wurde.
Somit verhält sich die Durchmesserveränderung eines solchen
Fadens in Abhängigkeit von der Verstreckung in ähnlicher und
vergleichbarer Weise, wie in Abhängigkeit von der
Fadenspannung. Die Verwendung einer Lichtschranke
mit insbesondere parallelen Lichtstrahlen, weist den Vorteil
auf, daß die Schwächung der Lichtstrahlen durch die Fäden zu
einer Signalgröße führt, die als elektrische Signalgröße ein
Maß für die Fadenspannung ist. Da es jedoch vorkommt, daß
einzelne oder mehrere Fäden aufgrund ihrer inneren Struktur
nicht die geforderte Elastizität aufweisen, ist es möglich,
daß beim Verstrecken der Fäden um z. B. 120% und beim
anschließenden Entspannen keine oder unzureichende Elastizität
vorhanden ist mit der Folgewirkung, daß der aufgrund der
erhöhten Verstreckung stark verringerte Durchmesser nicht mehr
den für die jeweils vorgesehene Restverstreckung oder
Restspannung kennzeichnenden Durchmesserwert aufweist. Solche
zu dünnen Fäden werden dann in einer Auswerteschaltung
ermittelt, ggf. gespeichert und als Steuersignale für eine
Anzeige oder für die Stillsetzung des Aufwickelvorganges
ausgenutzt.
Wie bereits erwähnt, eignet sich das vorliegende Verfahren
insbesondere für die Messung und Überwachung von elastischen
Fäden oder Garnen, insbesondere von Textilgarnen, die
anschließend zu Geweben oder Stoffen weiterverarbeitet werden.
Hierbei werden zunächst die Fäden mehrmals um einen
definierten Prozentsatz gestreckt und anschließend wieder
entspannt. Die Streckungsangabe erfolgt in Prozent, bezogen
auf die Längeneinheit. Anschließend werden solche entspannten
Fäden mit einer definierten Restfadenspannung auf einem Träger
aufgewickelt. Die Fadenspannung wird als Kraftkenngröße in
Gramm angegeben. Die Textilfäden werden in einem Schärprozeß
von Spulen auf einen entsprechend breiten Baum gewickelt. Die
Kapazität des Baumes liegt pro Faden ungefährt bei 25 000 m.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Fadenspannung im
Wege der Durchmessermessung der einzelnen Fäden erfaßt wird,
und daß der Istwert der Fadendurchmesser mit einem
Solldurchmesserwert verglichen wird, welche eine definierte
Sollfadenspannung verkörpert.
Gemäß weiterer Ausbildung wird der Meßvorgang mehrmals
wiederholt, wobei die Meßergebnisse in einer Auswertestufe
der Auswerteschaltung aufaddiert bzw. integriert werden
und wobei am Ende des Wiederholzyklus eine Mittelwertbildung
der gemessenen Durchmesserwerte erfolgt, bevor der
Vergleich der gemessenen Durchmesserwerte mit dem Solldurchmesser
vorgenommen wird. Hierdurch ergibt sich der
Vorteil, daß kleine Fehler oder solche Fehler, die nur
kurzzeitig auftreten, im Wege der Mittelwertbildung
eliminiert werden, da der Mittelwert als Istwert mit dem
Solldurchmesserwert verglichen wird. Daher wird nicht jede
Messungsabsweichung zu einer Schaltmaßnahme führen. Vorteilhaft
ist, daß der Mittelwert einer Aufaddierung von gemessenen
Werten für ein und denselben Faden herangezogen
wird für eine Vergleichsmessung. Bei elastischen
Fäden, insbesondere bei Elastomerfäden, erfolgt
die Herstellung derart, daß sie aus mehreren Filamenten
gesponnen und verklebt werden. Auf diese Weise
entsteht ein Faden mit elliptischem Querschnitt und rauher Oberfläche.
Wird nun dieser Faden von einem Lichtstrahl abgetastet,
so wird der Grad der Abschattung durch diesen
Faden je nach Lage des elliptischen Querschnittes
zwischen der Hoch- und Querlage im Verhältnis 1 : 1,5
verändert. Da sich der den Lichtstrahl durchlaufende
Faden pro Meter einige Male dreht, müßte der Lichtstrahl
so lange über dem Faden verweilen, bis eine
volle Drehung erfaßt wird. Da außerdem der Faden vibriert,
ist eine solche Messung besonders schwer.
Durch mehrmalige Messung und anschließende Mittelwertbildung
erzielt man ein störunanfälligeres Meßergebnis.
Das Meßergebnis wird zusätzlich verbessert, wenn die
Lichtschranke quer zum Fadenlauf hin und her bewegt
wird. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren
dann, wenn eine Vielzahl von eine Fadenschar bildenden
Fäden vorgesehen sind. Die Lichtschranke wird
dann als Ganzes über die gesamte Breite der Fadenschar hin- und
herbewegt. Während der Hin- und Herbewegung der
Lichtschranke wird jeweils ein Meßwert für einen Faden
in der Auswerteschaltung gespeichert bzw. zum
vorhergehenden Meßwert des gleichen Fadens hinzuaddiert.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Bewegung
der Lichtschranke motorisch mit gleichförmiger Geschwindigkeit.
Als Auswerteschaltung wird zweckmäßigerweise
ein Mikrocomputer verwendet, der die Rechenoperationen
für jeden Faden durchführt.
Bei Anwendung des Verfahrens in einer Schärmaschine,
in der eine Vielzahl von Fäden als Fadenschar zunächst
gestreckt und anschließend entspannt auf einen
Baum aufgewickelt wird, wird in der Start- und/oder
Einstellphase der Schärmaschine nacheinander jeweils
eine vorgegebene Anzahl von eine Gruppe bildenden Fäden
gemessen. Diese Meßwerte werden zu einem Gruppenwert
aufaddiert, wobei am Ende jeder Aufaddierung
der Gruppenwert gemittelt wird. Der jeweils
gemittelte Wert wird mit dem Sollwert verglichen und
bei vorgegebener Über- oder Unterschreitung des
Sollwertes erfolgt eine Anzeige oder die Schärmaschine
wird abgeschaltet.
Bei der Anwendung des Verfahrens für eine Schärmaschine
der vorgenannten Art, wird die Lichtschranke
in der Betriebsphase der Schärmaschine zur Abtastung
über die Fadenschar in je einem Meßzyklus beliebig
oft hin und her bewegt, wobei in jedem Meßzyklus für
jeden Faden getrennt in dem Mikrocomputer eine Aufaddierung
der gemessenen Durchmesserwerte und anschließend
eine Mittelwertbildung erfolgt, wobei diese
Operation in den folgenden Meßzyklen fortgesetzt
wird, und bei Abweichung eines Mittelwertes vom
Sollwert entweder eine Anzeige und/oder Abschaltung
der Schärmaschine erfolgt.
Gemäß weiterer Ausbildung ist für den Fadendurchmesser
jeweils ein oberer und unterer Toleranzwert als
Eckwert in den Mikrocomputer eingebbar und speicherbar.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Lichtschranke
verwendet, die aus einem Infrarot-Laser,
aus einer aus zwei Linsen bestehenden
Kondensoroptik und aus einer zwischen den
beiden Linsen vorgesehenen Blende besteht, welche eine gegenüber
dem Optikdurchmesser kleine Öffnungsweite aufweist. Des
weiteren ist ein trägheitsarmer Infrarot-Empfänger
vorgesehen.
Gemäß weiterer Ausbildung ist der Infrarot-Laser
mit einer Leistungsregelstufe verbunden,
die die Abstrahlenergie konstant hält. Der
Infrarot-Laser-Strahl Durchmesser ist kleiner oder
gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Fäden.
Eine solche Lichtschranke weist den Vorteil auf, daß
sie einen parallelen Strahlengang bzw. ein Strahlenbündel
mit parallelen Lichtstrahlen aufweist. Dies
trägt besonders zu einer hohen Genauigkeit bei. Bei
z. B. 33 Fäden pro Zoll und einem maximalen Fadendurchmesser
von 0,3 mm ergibt sich ein Fadenabstand
von ca. 0,45 mm. Der Durchmesser des Strahlenbündels
sollte daher in diesem Falle ungefähr 0,35 mm breit
sein. Durch die vorgenannte Anordnung und Ausbildung
der Blendenöffnung im Zusammenwirken mit der Kondensoroptik
ergibt sich eine konstante Lichtstrahlbreite
über ca. 5 cm Höhe. Bei einer
Lichtstrahllänge von 10 cm Länge ergibt sich ungefähr
eine Divergenz von 1%/cm. Wird die Leistung des Infrarot-
Lasersenders durch eine Regelschaltung konstant
gehalten, so lassen sich genaue und reproduzierbare
Verhältnisse realisieren.
Es hat sich gezeigt, daß normale
Leuchtdioden und Blenden sowie Kanten-Emitter-Strahler
für diese Zwecke nicht geeignet sind.
Zur Durchführung des Verfahrens ist außerdem eine
Übewachungsschaltung vorgesehen, bei der dem Infrarot-
Empfänger eine die einzelnen Infrarot-Empfangsimpulse
der Impulsfolge periodisch speichernde
getaktete Speicherschaltung nachgeordnet ist, in
der nacheinander in Abhängigkeit vom Schwächungswert
des Strahlenbündels durch die Fäden dem Schwächungswert
zugeordnete Signalwerte im Takt der Strahlengang-
Schwächungen gespeichert und gelöscht werden.
Die Speichervorrichtung ist zweckmäßigerweise eine
Spitzenwertspeicherschaltung bzw. Spitzenwertdetektorschaltung.
Gemäß weiterer Ausbildung weist die getaktete Speicherschaltung
eine erste Speicherstufe, ein steuerbares
Löschschaltmittel für die erste Speicherstufe,
eine zweite Speicherstufe und ein zwischen der ersten
und zweiten Speicherstufe im Signalübertragungskreis
vorgesehenes steuerbares Schaltmittel auf, wobei Impulsstufen
vorgesehen sind, um einerseits vor jedem
Strahlengang-Schwächungsimpuls die erste Speicherstufe
zu löschen und um andererseits das steuerbare
Schaltmittel für die Dauer des Löschens und des anschließenden
Signalanstieges bis zum Erreichen des
Spitzenwertes zu sperren.
Gemäß weiterer Ausbildung wird die getaktete Speicherschaltung
im Takt von von den Infrarot-Empfangssignalen
abgeleiteten Taktimpulsen abwechselnd
gelöscht und geladen. Die Taktimpulse liegen zeitlich
vor den Infrarot-Empfangssignalen und bestimmen die
Löschzeit.
Gemäß weiterer Ausbildung besteht die erste und zweite
Speicherstufe aus je einem Kondensator, während
das Löschschaltmittel ein zur ersten Speicherstufe
parallel geschalteter Halbleiterschalter ist.
Gemäß weiterer Ausbildung ist ein monostabiler Multivibrator
vorgesehen, der jeweils am Ende der Infrarot-
Laser-Empfangssignale angestoßen wird, wobei die
Kippzeit des monostabilen Multivibrators so eingestellt
ist, daß sie um eine vorgegebene Zeit kleiner
ist, als die Periodendauer der Infrarot-Laser-
Empfangssignale, wobei diese Zeitspanne die Impulsphase
der Taktimpulse sowie gleichzeitig die
Löschphase der Speicherstufe ist. Von den Taktimpulsen
für den steuerbaren Halbleiter der ersten
Speicherstufe sowie von der monostabilen Multivibratorstufe
werden über eine Verknüpfungsstufe Taktimpulse
für die Schaltstufe der zweiten Speicherstufe abgeleitet.
Auf diese Weise wird der Vorteil erzielt,
daß im Zuge jeder Strahlengang-Schwächung
durch je einen Faden vom jeweiligen Durchmesser abhängige
Gleichspannungsstufensignale entstehen, die
sich in einfacher Weise mit statischen Vergleichsspannungswerten
in der Auswerteschaltung vergleichen
lassen.
In vorteilhafter Weise ist der getakteten Speichervorrichtung
eine Signalabtast- und Halteschaltung
(sample and hold) nachgeordnet.
In besonders vorteilhafter Weise ist die getaktete
Speichervorrichtung über einen A/D-Wandler mit dem
Mikrocomputer verbunden, der mit einem Tastenfeld zur
Vorgabe der Toleranzgrenzwerte für die Fadenspannungen,
mit einem Leistungssteuerteil für die Schärmaschine,
mit einer Anzeige- oder Überwachungsvorrichtung,
insbesondere einem Monitor, mit einer
Antriebssteuerung für den Vorschub der Lichtschranke
und mit einem Drucker zur Ausgabe der in den Meßzyklen
gemessenen Werte verbunden ist.
Bei der Auswertung der einzelnen Infrarot-Laserimpulse
können gewisse Schwierigkeiten dann auftreten,
wenn diese Impulse zu dicht beieinander sind.
Dies ist dann möglich, wenn zwei benachbarte Fäden
z. B. aufgrund statischer Aufladung einen bestimmten
unteren Mindestabstand unterschreiten. Solche Fadenannäherungen
können auch aufgrund von anderen Ursachen
auftreten. Unterschreiten zwei benachbarte Fäden
den Mindestabstand, dann erhält man aufgrund der
vorgegebenen Stärke des Strahlendurchmessers zwei ineinander
übergehende Impulse, die als sogenannte Höckerimpulse
von einer Auswerteschaltung, insbesondere
einer Zählschaltung als ein einziger Impuls wahrgenommen
werden. Der Grund hierfür liegt in der Regel
darin, daß herkömmliche Komparatorschaltungen einen
Schwellwert aufweisen, der sich an dem unteren Umkehrpunkt
der Impulse (Null-Spannung) orientiert. Um
nun solche Höckerimpulse als zwei in einer
Zählschaltung auszuwerten, ist gemäß weiterer Ausbildung
zur Erfassung solcher zu dicht aneinander geratener
Fäden eine Impulsauswertestufe vorgesehen,
deren Schwellwert selbsttätig veränderbar ist in Abhängigkeit
von dem Wert des jeweils unteren Signalumkehrwertes
zwischen den beiden Infrarot-Laser-Empfangssignalen.
Die Impulsauswertestufe
weist einen Komparator auf, an dessen einem Eingang
die Infrarot-Laser-Empfangssignale direkt gelangen,
während der andere Eingang mit einer Vergleichsspannungsstufe
verbunden ist, die in Abhängigkeit von
der unteren Umkehrspannung zwischen zwei Infrarot-
Laser-Empfangssignalen einen entsprechenden Vergleichsspannungswert
bzw. Schwellwert einstellt.
In vorteilhafter Weise weist die Vergleichsspannungsstufe
eine Spitzenwertdetektorstufe auf, die aus
einem Speicherkondensator und einer Diode besteht.
Parallel zum Speicherkondensator ist ein Spannungsteiler
geschaltet, dessen Teilerspannung dem Komparator
zugeführt wird. Parallel zur Diode der Spitzenwertdetektorstufe
befindet sich ein in Gegenrichtung
zu dieser Diode gepoltes Schwellwertmittel
In vorteilhafter Weise ist der Eingang der Vergleichsspannungsstufe
bzw. der Spitzenwertdetektorstufe
mit dem Signaleingang der Infrarot-Laser-
Empfangssignale verbunden.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß in Abhängigkeit
von der Lage und dem Wert des unteren Höckerumkehr-Wertes
am Vergleichseingang der Komparatorstufe
entweder ein unterer oder ein oberer Vergleichsspannungswert
eingestellt wird. Bei normalen Infrarot-Laserimpulsen
fällt die Spannung zwischen zwei Empfangssignalen auf
den Wert Null ab. In diesem Fall weist die Komparatorstufe
einen ersten unteren Vergleichswert auf. Wird
dieser Vergleichswert durch die abfallende Flanke
eines Empfangsimpulses unterschritten, so wird am
Ausgang der Komparatorstufe eine Impulsflanke für die
nachfolgende Zählschaltung erzeugt.
Wird aufgrund einer Höckerbildung
zwischen zwei Empfangsimpulsen das Null-Niveau nicht
erreicht, und liegt der untere Höckerumkehrwert innerhalb
der Spannung des Schwellenwertmittels, so wird
die im Speicherkondensator gespeicherte Spitzenspannung
des Infrarot-Lasersignals
festgehalten, so daß am Vergleichseingang des Komparators
eine um das Teilerverhältnis verringerte
Vergleichsspannung anliegt.
Die Schwellenspannung des Schwellwertmittels ist so gewählt,
daß sie bezogen auf den Spitzenspannungswert
bei abfallender Impulsflanke vom unteren Höckerumkehrwert
nicht überschritten wird. Dies bedeutet,
daß am Vergleichseingang des Komparators die obere
Vergleichsspannung während der gesamten Zeit der beiden
Höckerimpulse gehalten wird. Unterschreitet die
abfallende Höckerspannung des ersten Höckers diese
Vergleichsspannung, so wird am Ausgang für den ersten
Höcker ein erster Zählimpuls erzeugt. Beim zweiten
Höckerimpuls fällt die Impulsflanke wieder auf den Null-
Wert ab, so daß in diesem Falle der untere Vergleichsspannnungswert
zum Tragen kommt.
Gemäß weiterer Ausbildung besteht das Schwellwertmittel
aus Dioden oder Transistoren.
In vorteilhafter Weise ist der Spannungsteiler der
Vergleichsspannungsstufe so gewählt, daß die Eingangsspannung
am Komparator um ein vorgegebenes Maß
geringer ist als die Spitzenwertspannung der Spitzenwertdetektorstufe,
vorzugsweise 1 V.
Rücken nun zwei benachbarte Höckerimpulse noch näher
zusammen, so hat man den Fall der Fadenberührung
zweier benachbarter Fäden. In einem solchen Falle
tritt aufgrund der Berührung eine Signalverstärkung
auf, da vom Laserstrahl die beiden sich berührenden
Fäden als ein Faden mit annähernd doppelter Breite
wahrgenommen werden. Dies drückt sich in einer beträchtlichen
Vergrößerung des Empfangssignals (Amplitude) aus.
Ein solcher erhöhter Impuls kann aufgrund einer Spannungskomparatormessung
als sogenannter Doppelfaden
wahrgenommen und aufgrund der Spannungserhöhung als Signal
zweier Fäden in einem Zähler ausgewertet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den
Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Schärmaschinen-Anlage
mit einer Infrarot-Laser-Abtastvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Fadenspannungsmeßschaltung,
Fig. 3 eine Infrarot-Laser-Strahlungsquelle,
Fig. 4 ein Infrarot-Laser-Strahlenbündel mit einem
im Strahlengang befindlichen Faden,
Fig. 5 eine Spannungs-Fadendurchmesser-Charakteristik
für ein Laser-Infrarotstrahlenbündel von
einem Durchmesser von ungefähr 0,35 mm,
Fig. 6 eine Charakteristik für den Durchmesser
eines elastischen Fadens in Abhängigkeit von der Verstreckung,
Fig. 7 eine Blockschaltung der Fadenspannungsmeß-
und Auswerteschaltung
Fig. 8 eine Blockschaltung der getakteten
Speichevorrichtung bzw. Spitzenwertdetektorschaltung
gemäß Fig. 7,
Fig. 9 den Spannungsverlauf an sechs verschiedenen
Anschlußstellen der Schaltung nach Fig. 8
Fig. 10 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung
eines selbsttätig veränderlichen Schwellenwertes für die
Auszählung der einzelnen Fäden und
Fig. 11 Infrarot-Laser-Empfangssignale bei Unregelmäßigkeiten
im Fadenabstand.
Gemäß Fig. 1 werden eine Vielzahl von Elastomerfäden
1 von nicht dargestellten Fadenrollen eines
Gatters abgezogen. Die einzelnen Fäden bewegen sich in Pfeilrichtung
A als ankommende Fadenschar 2 über eine Verstreckungseinrichtung
3, in der sie um ein vorgegebenes Maß gestreckt
werden, z. B. auf 150%. Darauf erfolgt eine
Entspannung auf einen prozentualen Restspannungswert
von z. B. 40%. Während des weiteren Schärprozesses
wird die entspannte, abgehende Fadenschar 4 mit der vorgenannten
Restspannung auf einen Baum 5 aufgewickelt. Mit 6 ist
eine Infrarot-Laser-Lichtschranke bezeichnet, die von
oben nach unten Laserstrahlen nahezu parallel überträgt
und die senkrecht zum Fadenlauf der Fadenschar
bewegbar ist.
Gemäß Fig. 2 sind zwei Spindeln 7 und 8 für die
Infrarot-Laserquelle 9 und für den Infrarot-Laser-
Empfänger 10 der Lichtschranke 6
vorgesehen. Ein Antriebsmotor für
beide Spindeln 7 und 8 ist mit 11 bezeichnet. Die
gespannte Fadenschar ist in Fig. 2 mit 12 bezeichnet. Sie erstreckt
sich senkrecht zur Zeichenebene. Die
Infrarot-Laserquelle und der Laser-Infrarot-Empfänger sind mit
einer Auswerte- und Steuer- bzw. Regelschaltung 13
verbunden. Diese enthält Tasten 14 und 15 zur Eingabe
der Fadendurchmesser bzw. Fadenspannungseckwerte.
Eine Anzeigevorrichtung, die als Display-Anzeige ausgebildet
ist, ist mit 16 bezeichnet. Die Auswerteschaltung
13 enthält einen Drucker, der die für die
einzelnen Fäden der Fadenschar 12 gemessenen Werte
auf einem Papier 17 ausdruckt. Die Auswerteschaltung 13
ist mit einem Monitor 18 verbunden.
Mit der Fadenspannungs- bzw. Fadenquerschnittsüberwachungsvorrichtung
für Elastomer-Schäranlagen
werden im Elastomer-Schärprozeß alle Fäden 1 auf ihren
Durchmesser hin überprüft und vom jeweils gemessenen
Durchmesser die Fadenspannung abgeleitet. Daraus ergibt
sich eine kontinuierliche Kontrolle und Überwachung
der Verstreckung bzw. der sich daran anschließenden
Entspannung über den gesamten Verlauf
des Aufwickelvorganges auf dem Baum 5.
Die Schärmaschine kann vorwählbare
Eck- oder Grenzwerte der Fadenspannung einzelner Fäden oder auch der gesamten
Fadenschar überwachen und bei Überschreitungen
von Grenzwerten der Fadenspannungen die betroffenen
Fäden oder die gesamte Fadenschar
abschalten. Der angeschlossene Drucker erstellt
für jeden Baum ein On-Line-Protokoll mit den Meßergebnissen
für jeden Faden.
Die Fadenspannungs-Überwachungseinrichtung läßt sich auf verschiedene
Betriebsarten einstellen, so daß auch spezielle
Anfahr- oder Einstellphasen der Schärmaschine
überwacht und ausgewertet werden können. Die Auswerteschaltung
13 enthält
einen Mikrocomputer (Fig. 7), der die Ablaufsteuerung der gesamten
Anlage regelt. In dem Display 16 werden Fadenzahl,
Fadendurchmesser und Betriebsart angezeigt.
Der verwendete Drucker ist zweckmäßigerweise ein Matrixdrucker,
der die ermittelten Werte und Fehlerquoten
während des Betriebes ständig druckt.
In Fig. 3 ist die Infrarot-Laserquelle 9
dargestellt, die einen Laserstrahler 19 aufweist, der
in einem Gehäuse 20 angeordnet ist. In einem vorgegebenen
Abstand von der Austrittsöffnung des
Laserstrahlers 19 befindet sich eine erste Linse 21,
die mit einer weiteren Linse 22 eine Kondensoroptik
bildet. Zwischen den beiden Linsen 21 und 22
ist eine Blende 23 angeordnet, die gegenüber dem
Durchmesser D der Linse 22 eine kleine
Durchlaßöffnung E aufweist. Der Laserstrahler
19 wird durch eine Leistungssteuerschaltung nach Fig.
7 angesteuert, die dafür sorgt, daß während der Impulssendephasen
von ungefähr 200 µs ein Strom von
40 A fließt. Der Durchmesser der Blende 23 beträgt
ungefähr 0,31 mm. Der Laser-Strahler 19 arbeitet bei
3 kHz Sendefrequenz. Aufgrund der Impulsbreite von
200 µs ergibt sich ein Impulstastverhältnis von
1 : 1600. Die Ausgangsleistung von ungefähr 10 W
Spitzenwert reduziert sich auf einen Dauerleistungswert
von ungefähr 10 mW. Infolge der geringen Austrittsöffnung
der Blende 23 wird die effektive Ausgangsleistung
auf unter 1 mW verringert. Aufgrund
dieser einfachen Ausbildung des Laserstrahlers
ist die Divergenz bei ungefähr 10 cm
Strahlenbündellänge ungefähr 1%/cm.
In Fig. 4 ist der Strahlenverlauf von der
Infrarot-Laserquelle 9 zum Infrarot-Laser-
Empfänger 10 dargestellt bei einem im Strahlenbündel
befindlichen Faden 24. Bei ungefähr 33 Fäden pro Zoll
und einem maximalen Fadendurchmesser von ungefähr 0,3
bis 0,4 mm ergibt sich ungefähr ein Fadenabstand von
0,45 mm. Aus der Spannungs-Fadendurchmessercharakteristik
ist ersichtlich, daß die Spannung exponentiell
ansteigt und dann, wenn der Fadendurchmesser
in dem Bereich des Strahlendurchmessers
gelangt, in die Sättigung kommt.
In Fig. 6 ist für einen bestimmten Fadentyp der
Durchmesser eines Fadens in Abhängigkeit von der prozentualen
Verstreckung und von der Fadenspannung im
Gramm aufgetragen. Hierbei ist ersichtlich, daß mit
zunehmender Verstreckung und Fadenspannung der Durchmesser
kleiner wird. Die beiden Charakteristiken weisen
gleiches Verhalten auf, so daß über die Verstreckung
und den Durchmesser auf die Fadenspannung
geschlossen werden kann.
Gemäß Fig. 7 ist an der Infrarot-Laserquelle 9
eine Laser-Ausgangssteuerschaltung 25 angeschlossen,
die durch einen Oszillator 26 gesteuert wird. Die Laser-
Ausgangssteuerschaltung weist eine Regelverbindung
27 zu einem Mikrocomputer 28 auf. Mit 29 (bzw. 11 in Fig. 2)
ist eine Antriebssteuerung (Elektromotor) bezeichnet, die die aus Infrarot-
Laserquelle und dem Infrarot-Laser-Empfänger
bestehende Lichtschranke 6 mit gleichförmiger
Geschwindigkeit v in Pfeilrichtung A über die Fadenschar
bewegt. Der Elektromotor 29 wird durch eine Leistungselektronik
30 gesteuert. Die Leistungselektronik 30
weist eine Verbindung mit dem Mikrocomputer 28 auf.
Diese Verbindung dient einerseits zur Motorsteuerung
und andererseits zur Positionssteuerung des Motors
mit Rückmeldung.
Mit dem Mikrocomputer 28 ist ein Drucker 31 verbunden,
der eine Ausgabe aufweist. Des weiteren ist der Mikrocomputer
28 mit einem Anzeigeteil 32 (bzw. 16 in Fig. 2) verbunden.
Eine weitere Verbindung des Mikrocomputers 28 führt
zu einem Tastenfeld 33 (bzw. 14, 15 in Fig. 2)
durch das z. B. Betriebsmoden
einstellbar sind. Eine weitere Verbindung des Mikrocomputers
28 führt zu einer Einheit 34, durch die die
Grenz- oder Eckwerte als Vorgabewerte einstellbar
sind. Eine weitere Verbindung des Mikrocomputers 28
führt zu einem Leistungsteil 35, welches über eine
Regelverbindung 36 in nicht dargestellter Weise mit
der Schärmaschine verbunden ist. Eine weitere Verbindung
des Microcomputers 28 führt zu einem Digital-
Analog-Wandler 37, durch den ein Ausgangsbeschreiber
38 steuerbar ist.
Vom Infrarot-Laser-Empfänger 10 führt eine Steuerverbindung
zu einem Verstärker 39, der einerseits mit
der Laser-Aussteuerungsschaltung 25 und andererseits
mit einer getakteten Speicherschaltung bzw. Impulsdetektorschaltung
40 verbunden ist. Von der getakteten
Speicher- bzw. Impulsdetektorschaltung führt
eine Verbindung zu einer Sample- und Hold-Schaltung
41, in der die Signale abgetastet und gehalten bzw.
gespeichert werden. Die in dieser Sample- und Hold-Schaltung
41 vorhandenen
Analogwerte werden in einem nachgeordneten
Analog-Digital Wandler 42 in Digitalsignale umgewandelt
und über eine Verbindung 43 dem Mikrocomputer
28 zugeführt.
In Fig. 8 ist die getaktete Speicherschaltung bzw. die
Impulsdetektorschaltung 40 näher dargestellt.
Mit A 1 ist ein Eigangsanschluß bezeichnet, der zu
einem ersten Verstärker 49 führt. Am Ausgang des Verstärkers
49 befindet sich ein Spitzenwert-Speicherkondensator
50, dem ein steuerbarer Halbleiterschalter
51 parallel geschaltet ist. Die Steuerelektrode
dieses steuerbaren Halbleiterschalters ist
mit dem Ausgang einer NAND-Stufe 52 verbunden. Ein
erster Eingang dieser NAND-Stufe 52 ist mit dem
Ausgang eines monostabilen Multivibrators 53 verbunden,
der eine Steuerverbindung zu einem Komparator
54 aufweist. Dieser Komparator 54 ist mit seinem Eingang
mit dem Eingangsanschluß A 1 verbunden. Der Komparator
54 erzeugt im Takt der Infrarot-Laser-Empfangssignale
sauber geformte Rechteckimpulse. Die Impulsphasen
dieser Impulse sind gleich den Schwächungsphasen des
Laserstrahlenbündels.
Vom Spitzenwert-Speicherkondensator 50 führt eine
Verbindung zu einem weiteren Verstärker 55, dessen
Ausgang einerseits zum Verstärker 49 zurückgekoppelt
ist und andererseits mit einer steuerbaren Halbleiterstufe
56 verbunden ist. Diese steuerbare Halbleiterstufe
56 befindet sich im Signalflußstromkreis des
Infrarot-Laser-Steuersignals und verbindet den Verstärker
55 mit einem zweiten Speicherkondensator 57,
der mit einem hochomigen Impedanzwandler 58 verbunden
ist. Der Ausgangsanschluß dieser Spitzenwert-
Speicherschaltung ist mit 59 bezeichnet.
Die Funktionsweise dieser Spitzenwert-Speicher- oder
Detektorschaltung wird anhand von Fig. 9 näher erläutert.
Mit A 1 ist der Impulsverlauf an dieser Anschlußstelle
bezeichnet, wobei die beiden ersten Impulse
zwei gleich große Fadenquerschnitte signalisieren.
Der Impulsverlauf zwischen den beiden Spannungsimpulsen
zeigt die jeweilige Freigabephase des Strahlenbündels.
Der dritte Empfangsimpuls ist kleiner,
als die beiden vorhergehenden Impulse. Der Grund
hierfür liegt in der stärkeren Schwächung des Strahlenbündels
durch einen Faden mit größerem Durchmesser.
Der Impulsverlauf A 2 zeigt den Impulsverlauf an der
Stelle A 2 gemäß Fig. 8, wobei dieser Impulsverlauf
das Ergebnis einer Impulswandlung
des Impulsverlaufes A 1 durch den Komparator 54
ist. Die Impulsphase und die Impulspause entsprechen jeweils dem
Impulsverlauf A 1.
Mit der fallenden Flanke jedes Impulses A 2 wird der
monostabile Multivibrator 53 angestoßen, dessen Kippzeit
gleich T M ist. Diese T M ist um
eine vorgegebene Zeitspanne kleiner als die Impulspause
T zwischen zwei Impulsphasen des Impulsverlaufes A 2
nach dem Zurückkippen
des monostabilen Multivibrators 53 nach der Zeit T M
auf den Spannungswert "0" weisen die beiden Eingänge
der NAND-Stufe 52 bis zum Zeitpunkt des Impulsanstieges
des nächsten Impulses der Impulsfolge A 2 den logischen
Spannungswert "0" auf. Folglich ist für diese kurze
Zeitspanne am Ausgang der NAND-Stufe 52 das logische Potential
"1" vorhanden. Dieser Impulsverlauf ist in Fig. 8 mit A 4 bzeichnet.
Die Impulse
der Impulsfolge A 4 steuern periodisch den steuerbaren
Halbleiterschalter 51, der während der Impulsphasen
durchgesteuert ist. In den Durchsteuerungsphasen
entlädt sich der Spitzenwert-Speicherkondensator 50
schlagartig, was im Impulsdiagramm A 5 in Fig. 9 zu
erkennen ist. Nach Verstreichen der Schaltzeit T S
lädt sich der Spitzenwert-Speicherkondensator wieder
auf den Spitzenwert auf. In der Aufladephase folgt
daher die Spannung am Spitzenwert-Speicherkondensator
50 dem Kurvenverlauf gemäß der Impulsfolge A 1. Bei
der dritten Aufladung (vgl. Impulsverlauf A 1 und A 4) ist der Spitzenwert niedriger
als bei den vorhergehenden Aufladungen, da aufgrund
der stärkeren Schwächung des Strahlenganges das Empfangssignal
niedriger ist. Demzufolge ist auch der
gespeicherte Spitzenwert gemäß A 5 entsprechend kleiner.
Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 53 steuert
außerdem die steuerbare Halbleiterstufe 56, die
während der Kippzeit T M durchgesteuert und während
der anschließenden Impulspause T P gesperrt ist.
Demnach wird die im Spitzenwert-Speicherkondensator
50 gespeicherte Spitzenspannung während der Kippzeit
T M zum zweiten Speicher-Kondensator 57 übertragen.
In dieser Zeit ist demnach der Signalfluß durchgeschaltet.
In der Zeit T P ist die steuerbare Halbleiterstufe
56 gesperrt, so daß die Spitzenwertspannung
des zweiten Speicher-Kondensators 57 nicht verringert
werden kann. Die Pegelabsenkungen während der
Löschzeit und Aufladezeit des Spitzenwert-Speicherkondensators
50 überträgt sich daher nicht auf den
zweiten Speicher-Kondensator 57. Als Ergebnis erhält
man einen Gleichspannungsverlauf A 6 gemäß Fig. 9.
Dieser Gleichspannungsverlauf A 6 an der Anschlußstelle
A 6 gemäß Fig. 8 wird nur dann geändert, wenn der
jeweilige Spitzenwert eines Empfangsimpulses sich
verringert, wie dies beim dritten Empfangsimpuls gemäß
A 1 nach Fig. 9 der Fall ist. Die Gleichstrom-
bzw. Gleichspannungspegelabsenkung gemäß A 6 wird zum
Ausgang 59 der getakteten Speicher- bzw. Impulsdetektorschaltung
40 übertragen und von dem Mikrocomputer 28 mit den voreingestellten
Eckdatenwerten verglichen.
Mit Hilfe des Mikrocomputers 28 wird der Meßablauf
gesteuert. Hierbei wird z. B. der Elektromotor 11, 29 gesteuert,
werden Statusabfragen durchgeführt, Meldefunktion berücksichtigt
und Prüfprogramme durchgeführt.
Die einzelnen Messungen werden in der Weise ausgewertet,
daß z. B. in jedem Meßzyklus zehn Messungen
durchgeführt werden und
die einzelnen gemessenen Durchmesserwerte aufaddiert
werden. Anschließend wird der Mittelwert gebildet, und
zwar für jeden einzelnen Faden getrennt. Bei der Messung
und Mittelwertbildung wird jeder Faden der Fadenschar
berücksichtigt. Der Mittelwert wird mit voreingestellten
Werten verglichen. Die Schärmaschine
wird dann abgestellt, wenn in einem solchen Meßzyklus
der voreingestellte Wert überschritten bzw. unterschritten
ist. Zweckmäßigerweise gewährt man jedem voreingestellten
Wert einen bestimmten Toleranzbereich nach
oben und unten.
Gemäß Fig. 10, in der eine Schaltungsanordnung zur
Erzeugung eines selbsttätig veränderlichen Schwellwertes
für die Auszählung der einzelnen Fäden dargestellt
ist, ist mit H der Eingang einer Impulsauswertestufe
bezeichnet, an deren Ausgang U S in nicht
dargestellter Weise eine Zählschaltung für das Zählen
der Impulse der Infrarot-Laser-Empfangssignale angeschlossen
wird.
Mit 60 ist ein Komparator bezeichnet, dessen einer
Eingang mit dem Signaleingang H verbunden ist. Der
andere Eingang G ist mit einem Spannungsteiler 61, 62 verbunden.
Der mit F bezeichnete Schaltungspunkt des Spannungsteilers
61, 62 ist mit einer Spitzenwertdetektorstufe
verbunden, die aus einer Diode 63 sowie einem Speicherkondensator
64 besteht. Parallel zur Diode 63
sind in Gegenrichtung zwei in Reihe geschaltete Dioden
65 und 66 geschaltet. Die Spitzenwertdetektorstufe
ist ebenfalls mit dem Anschlußpunkt H verbunden.
Der Spannungsteiler 61, 62 ist so eingestellt, daß
die am Eingang G auftretende Spannung um ca. 1 V geringer
ist als die Spannung an der Anschlußstelle F. Die
beiden in Reihe geschalteten Dioden 65 und 66 weisen zusammen
eine sogenannte Schwellenspannung auf, die ungefähr 2 V
beträgt.
Wird nun ein Impulsverlauf nach Fig. 11 dem Eingang H
zugeführt, so werden diese Signale durch die Impulsauswertestufe
folgendermaßen verarbeitet. Mit der Anstiegsflanke
des Impulses 67 wird der Kondensator 64
über die Diode 63 aufgeladen. Diese
Spannung tritt an der Anschlußstelle G um ca. 1 V verringert
auf. Beim Erreichen
des Maximalwertes des Impulses 67 tritt
auch am Kondensator 64 ein Maximalwert auf. Fällt nun die
Impulsspannung wieder ab, so bleibt der Spitzenspannungswert
im Kondensator 64 zunächst gespeichert.
Erst dann, wenn die fallende Impulsflanke den
Schwellenwert der beiden Dioden 65 und 66 unterschreitet,
kann der Spannungsspitzenwert nicht
mehr gehalten werden. Der Kondensator entlädt sich
über die beiden Dioden 65 und 66 und folgt in seiner
Spannung nun der Abstiegsflanke des Impulses 67. Wird
die Schwellenspannung der beiden Dioden 65 und 66 durch
die abfallende Impulsflanke unterschritten, so bleibt diese
Schwellenspannung im Kondensator 64 gespeichert.
Unterschreitet nun die Impulsflanke am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 54 den um ca. 1 V
verringerten Vergleichswert am Eingang G, so wird am
Ausgang U S ein Impuls abgegeben (negative Impulsflanke an U S ).
Gelangt nun zum Eingang H ein Doppelhöckerimpuls 68,
so erfolgt in gleicher Weise die Aufladung des Kondensators
64 wie beim Impuls 67. Wenn die Spannungsdifferenz
zwischen dem Spannungsspitzenwert und dem unteren
Umkehrwert in der Höcker-Senke geringer ist als
die Schwellenspannung der beiden Dioden 65 und 66,
bleibt während der Höcker-Senkphase im Kondensator 64 der
Spannungsspitzenwert gespeichert, so daß mit abfallender
Impulsflanke am Eingang H in Richtung Höcker-Senke am
Eingang G eine um ca. 1 V geringere Spannung als der
Spannungsspitzenwert ansteht. Wird dieser Spannungswert von der
fallenden Impulsflanke am Eingang H unterschritten, so wird am
Ausgang U S des Komparators 60 ein Impuls (negative Impulsflanke)
erzeugt. Im vorgenannten Fall beträgt die
Vergleichsspannung am Eingang G des Komparators
60 U SO . Nach Erreichen des zweiten Höckerwertes
wird mit abfallender Impulsflanke wieder der untere
Schwellwert U SU am Eingang G eingestellt.
Mit Hilfe dieser Auswertung der Messung lassen sich
Langzeitstatistiken der Meßwerte sowie Einstellkontrollen
für die Schärmaschine durchführen.
Mit Hilfe des Druckers erfolgt eine Kontrolle
für die Fadenqualität des Baumes. Die Meßwerte von
schlechten Fäden werden erfaßt und durch den Drucker
während des gesamten Schärvorganges festgehalten. Auf
diese Weise erhält jeder Faden eines Baumes einen sogenannten
Lebenslauf. Der Durchmesser der einzelnen
Fäden wird angezeigt. Des weiteren wird die Fadenzahl
angezeigt. Auch sind Anzeigen über die Betriebszustände
sowie Fehlermeldungen möglich.
Die Auswerteschaltung ist auch in der Weise verwendbar,
daß insbesondere in der Anfahr- oder Einstellphase
der Schärmaschine je 100 Fäden der Fadenschar
bewertet werden, wobei auch hier für die jeweils 100
Fäden eine Mittelwertbildung und ein Vergleich mit
dem Eckwert erfolgt. Nach der Bewertung einer
100er-Gruppe von Fäden erfolgt die Bewertung der
nächstfolgenden 100er-Gruppe usw. Diese Art der Messung
weist den Vorteil auf, daß insbesondere beim Anfahren
oder Ändern eines Betriebszustandes der Schärmaschine
eventuelle Fehler schnell erfaßt werden.
Claims (26)
1. Verfahren zur Messung und Überwachung der
Fadenspannung von Fäden, insbesondere von elastischen
Fäden, einer Fadenschar, vor und/oder
während eines Aufwickelvorganges der Fäden, wobei
eine quer zur Fadenschar wirkende Lichtschranke zur
Anwendung kommt und das Meßergebnis in einer
Auswerteschaltung ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Durchmesser jedes einzelnen elastischen Fadens (24)
der Fadenschar (12) im Wege der Schwächung des
Strahlenbündels der Lichtschranke (6) ermittelt
wird, und die Abweichung des Durchmessers eines Fadens
gegenüber einem Solldurchmesserwert zur Bestimmung
der Fadenspannung herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Fadendurchmesser (d) der einzelnen Fäden (24) der
Fadenschar (12) wiederholt gemessen wird, daß die
Meßergebnisse in einer Auswertestufe (28) aufaddiert
bzw. integriert werden, und daß am Ende des
Wiederholzyklus vor dem Vergleich der gemessenen
Durchmesserwerte mit dem Solldurchmesser eine
Mittelwertbildung der gemessenen Durchmesserwerte
erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtschranke (6) quer zum Fadenlauf der
Fadenschar (12) über die gesamte Breite der
Fadenschar hin- und herbewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Bewegung der Lichtschranke (6) mit gleichförmiger
bzw. konstanter Geschwindigkeit durch eine motorische
Antriebssteuerung (29, 30) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwerte jedes Fadens (24) der Fadenschar ( 12) in
einem Mikrocomputer (28) ausgewertet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer
Start- und/oder Einstellphase vor dem
Aufwickelvorgang der Fäden der Fadenschar (12)
nacheinander die Durchmesserwerte (d) jeweils einer
vorgegebenen Anzahl (z. B. 100) von einer Gruppe
bildenden Fäden (24) gemessen, aufaddiert und
gemittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß in der
Betriebsphase während des Aufwickelvorganges die
Lichtschranke (6) zur Abtastung über die
Fadenschar (12) jeweils in aufeinanderfolgenden
Meßzyklen mehrmals hin- und herbewegt wird, daß in
jedem Meßzyklus für jeden Faden (24) getrennt, in dem
Mikrocomputer eine Aufaddierung der gemessenen
Durchmesserwerte und anschließend vor der
Vergleichsmessung eine Mittelwertbildung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für den
Fadendurchmesser (d) jeweils ein oberer und unterer
Toleranzwert als Eckwert in den Mikrocomputer (28)
eingebbar und speicherbar ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer
Lichtschranke, deren Lichtstrahl quer zur Fadenschar
liegt und mit einer Auswerteschaltung,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtschranke (6) einen Infrarot-Laser (19), eine
Kondensoroptik mit zwei Linsen (21, 22) und eine
Blende (23) aufweist, die zwischen den beiden Linsen
(21, 22) angeordnet ist und die eine gegenüber dem
Durchmesser (D) der Kondensoroptik kleine
Öffnungsweite (E) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Infrarot-Laser (19) mit einer Leistungsregelstufe
(25) verbunden ist, die die Abstrahlungsenergie
konstant hält.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Laserstrahl-Durchmesser kleiner als der Abstand
zwischen zwei benachbarten Fäden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausgang eines Infrarot-Laser-Empfängers (10) der
Lichtschranke (6) mit einer getakteten
Speicherschaltung (40) verbunden ist, in der
nacheinander im Takt der
Laserstrahlbündel-Schwächungen durch die Fäden (24)
die Infrarot-Laser-Empfangsimpulse gespeichert und
bis zur nächstfolgenden Schwächung durch den
benachbarten Faden gehalten werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
getaktete Speicherschaltung (40) eine
Spitzenwertspeicherschaltung bzw.
Spitzenwertdetektorschaltung ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
getaktete Speicherschaltung (40) eine erste Speicherstufe
(50), ein steuerbares Löschschaltmittel (51) für die
erste Speicherstufe, eine zweite Speicherstufe (57)
und ein zwischen der ersten und zweiten Speicherstufe
im Signalübertragungskreis vorgesehenes steuerbares
Schaltmittel (56) aufweist, daß Impulsstufen (52, 53)
vorgesehen sind, um einerseits vor jedem
Strahlenbündel-Schwächungsimpuls die erste
Speicherstufe (50) zu löschen und um andererseits das
steuerbare Schaltmittel (56) für die Löschdauer
(T S ) und für die anschließende Signalanstiegszeit
zumindest bis zum Erreichen des Spitzenwertes zu
sperren.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die
getaktete Speicherschaltung (40) im Takt von von den
Infrarot-Laser-Empfangssignalen abgeleiteten
Taktimpulsen (A 4) abwechselnd gelöscht und geladen
wird, und daß die Taktimpulse zeitlich vor den
Infrarot-Laser-Empfangssignalen (A 2) liegen und
jeweils die Löschzeit bestimmen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
und zweite Speicherstufe (50, 57) aus je einem
Kondensator besteht, während das Löschschaltmittel
(51) ein zur ersten Speicherstufe (50) parallel
geschalteter Halbleiterschalter ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
monostabiler Multivibrator ( 53) vorgesehen ist, der
jeweils am Ende der Infrarot-Laser-Empfangssignale
angestoßen wird, daß die Kippzeit (T M ) des
monostabilen Multivibrators (53) so eingestellt ist,
daß sie um eine vorgegebene Zeit (T S ) kleiner ist
als die Periodendauer (T) der
Infrarot-Laser-Empfangssignale, daß diese vorgegebene
Zeitspanne (T S ) die Impulsphase der Taktimpulse
(A 4) sowie gleichzeitig die Löschphase der ersten
Speicherstufe (50) ist, daß von den Taktimpulsen (A 4)
für den steuerbaren Halbleiter (51) der ersten
Speicherstufe (50) sowie von dem monostabilen
Multivibrator ( 53) über eine Verknüpfungsstufe (52)
Taktimpulse für die Schaltstufe (56) der zweiten
Speicherstufe (57) abgeleitet werden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß der
getakteten Speicherschaltung (40) eine
Signalabtast- und Signalhalteschaltung (41)
nachgeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die
getaktete Speicherschaltung (40) über einen
Analog-Digital-Wandler (42) mit dem Mikrocomputer
(28) verbunden ist, der mit einem Tastenfeld (33) zur
Vorgabe der Toleranzgrenzwerte (34) für die
Fadenspannungen, mit einem Leistungssteuerteil (35)
für die Schärmaschine, mit einer Anzeige- oder
Überwachungsvorrichtung (32), wie z. B. einem
Diodendisplay oder Monitor, mit einer
Antriebssteuerung (30) für den Vorschub der
Lichtschranke (9, 10) und mit einem Drucker (31) zur
Ausgabe der in den Meßzyklen gemessenen Werte
verbunden ist.
20. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 9
bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erfassung des Durchmessers von zwei benachbarten
Fäden (24), deren Abstand einen unteren Grenzwert
unterschreitet, eine Impulsauswertestufe (60 bis 66)
vorgesehen ist, deren Schwellwert selbsttätig
veränderbar ist in Abhängigkeit von dem Wert des
jeweils unteren Signalumkehrwertes zwischen zwei
Infrarot-Laser-Empfangssignalen (67)
21. Impulsauswertestufe nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Impulsauswertestufe einen Komparator (60) aufweist,
an dessen einen Eingang (H) die
Infrarot-Laser-Empfangssignale (67) direkt gelangen,
während der andere Eingang (G) mit einer
Vergleichsspannungsstufe ( 61 bis 66) verbunden ist,
die in Abhängigkeit von der unteren Umkehrspannung
zwischen zwei Infrarot-Laser-Empfangssginalen einen
entsprechenden Vergleichsspannungswert
(U SU bzw. U SO ) einstellt.
22. Impulsauswertestufe nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vergleichsspannungsstufe (61 bis 66) eine
Spitzenwertdetektorstufe aufweist, die aus einem
Speicherkondensator (64) und einer Diode (63)
besteht, daß parallel zum Speicherkondensator (64)
ein Spannungsteiler (61, 62) geschaltet ist, dessen
Abgriff mit dem Vergleichseingang (G) des Komparators
(60) verbunden ist, und daß parallel zur
Diode (63) der Spitzenwertdetektorstufe ein in
Gegenrichtung zur Diode gepoltes Schwellenwertmittel
(65, 66) vorgesehen ist.
23. Impulsauswertestufe nach einem der Ansprüche 20 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Eingang der Vergleichsspannungsstufe (61 bis 66) bzw.
der Spitzenwertdetektorstufe mit dem Signaleingang
(H) für die Infrarot-Laser-Empfangssignale (67)
verbunden ist.
24. Impulsauswertestufe nach einem der Ansprüche 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Schwellwertmittel aus Dioden oder Transistoren
besteht.
25. Impulsauswertestufe nach einem der Ansprüche 20 oder 24,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Spannungsteiler (61, 62) der Vergleichsspannungsstufe
so gewählt ist, daß die Eingangsspannung am
Komparator (60) um ein vorgegebenes Maß geringer ist
als die Spitzenwertspannung der
Spitzenwertdetektorstufe.
26. Impulsauswertestufe nach einem der Ansprüche 20 oder 25,
dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare
Halbleiter vorgesehen sind, die mit Spannungsgebern
verbunden sind, die in Abhängigkeit von der Größe des
unteren Signalumkehrwertes entsprechend angesteuert
bzw. durchgeschaltet werden.
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DE19833335875 DE3335875A1 (de) | 1983-10-03 | 1983-10-03 | Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der fadenspannung eines elastischen fadens |
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Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B65H 63/02 |
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D2 | Grant after examination | ||
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