DE3635267A1 - Optische erfassungseinrichtung fuer fadenverdickungen, insbesondere fuer das offen-end-verfahren - Google Patents
Optische erfassungseinrichtung fuer fadenverdickungen, insbesondere fuer das offen-end-verfahrenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einrichtung
zum Erfassen von Fadenverdickungen, -fehlern und
-eigenschaften, die es durch das Vorsehen einer gleichmäßigen
Beleuchtung eines optischen Fensters und einer
wirksamen Kompensation für Verschmutzung, thermische
Drift und Altern des optischen Meßkopfes sowie einer
Kompensation für durch Umgebungslicht erzeugte Störungen
und durch Übernahme einer Normierung von Signalen
sowie einer Hybrid-Digital/Analogverarbeitung der
Signale gestattet, daß außer den herkömmlichen Überprüfungen
und Kontrollen des Fadens oder Garns auch
labortypische Garneigenschaften, wie z. B. der Koeffizient
der %-Durchmesseränderung, der auch als "VC-
Koeffizient" bezeichnet wird und gleich der Standardabweichung
(mittlere quadratische Abweichung) in
Prozent vom Mittelwert des Garndurchmessers ist, das
Spektrogramm oder die Spektralanalyse der im Garn
auftretenden Unregelmäßigkeiten sowie sehr kleine im
Garn auftretende, periodische Unregelmäßigkeiten
(Moir´), mit hoher Auflösung und Stabilität bestimmt
werden, und ist daher für die Anwendung bei
Offen-End-Webereimaschinen spezifisch.
Aus dem Stand der Technik sind viele Lösungen mit
optischen Einrichtungen zur Erfassung von Fadenverdickungen
und -fehlern bekannt, die für die Feststellung
von für Kreuspulmaschinen typischen Garndefekten,
wie z. B. Knotengarnen, Fadenverdickungen
und/oder Durchmesserverringerungen, geeignet sind, die
sich mehr oder weniger in Längsrichtung erstrecken. Die
immer größer werdende Nachfrage bei den Webern nach
immer besserer Qualität der Garne hat zu einer fortgesetzten
Verbesserung in den Webtechniken geführt, die
beim Offen-End-Verfahren zu Fehlerquoten und -werten
führen, die viel geringer als die für die herkömmlichen
Webereimaschinen typischen Fehlerquoten sind und zu
deren Feststellung somit empfindlichere Einrichtungen
zur Erfassung von Fadenfehlern, wie z. B. Fadenverdickungen,
benötigt werden. Andererseits treten beim
Offen-End-Verfahren weitere Defekte und Fehler auf, die
für das Offen-End-Weben typisch sind, und festgestellt
und ausgeschaltet werden müssen. Unter diesen Fehlern
ist der charakteristische und gefürchtetste der
sogenannte Moir´-Fehler, der die Qualität des Garns
stark beinträchtigt, lokale Fadenverdickungen und -verdünnungen
im Durchmesser erzeugt, die in einem
konstanten Abstand auftreten (sie sind periodisch) und
die zu störenden Maserungen bzw. Rippenbildungen führen
können, selbst wenn sie eine geringe Ausdehnung haben.
Daher wird zur Feststellung sämtlicher dieser für das
Offen-End-Verfahren typischen Defekte eine
Fadenerfassungseinrichtung benötigt, die mit Auflösungs-,
Präzisions- und Meßstabilitätseigenschaften ausgestattet
ist, die beträchtlich höher als gemäß derzeitigem
Standard sind. Diese Tatsache bringt im Grunde
einen besseren Ausgleich bzw. eine gleichmäßigere
Verbreitung des Lichts durch das Fenster des optischen
Detektors mit sich, indem thermische Störungen, Verschmutzung
und Verschlechterung wirksam ausgeglichen
sowie ein Ausgleich für die Außenbeleuchtung vorgesehen
werden müssen. Andererseits macht das Auffangen und
Unterbrechen von Moir´-Defekten das Vorsehen eines
geeigneten digitalen Filters erforderlich, das dadurch,
daß es eine digitale Verarbeitung der Signale ermöglicht,
nicht nur die Feststellung von Moir´-Defekten,
sondern auch die Feststellung des Spektrogramms und vor
allem die Feststellung des von den Webern auch als
"%VC" definierten Prozentveränderungskoeffizienten
erleichtern kann, der auf höchst eindeutige Weise die
echte Qualität oder besser Unregelmäßigkeit des Garns
charakterisiert.
Bei den Einrichtungen zur Erfassung von (Vor)Garneigenschaften
gemäß Stand der Technik sind nun verschiedene
Einrichtungen und Hilfsmittel verwendet worden, um
den Meßlichtstrahl durch das Fenster gleichmäßig zu
machen, z. B. das Umbiegen der Emissions-(Sende-) und
Empfangsebene des Fensters, die Reflexion des Lichtstrahls
an einem homogenisierenden Spiegel sowie die
Korrektur der Reflexion des Spiegels durch Vorsehen von
Linien und Reliefs auf diesem und das Einführen von
diffusen Filtern oder -gittern; sämtliche dieser Einrichtungen
führen jedoch zu einer Abnahme der Energie
des Lichtstrahls, was das Signal-Störungsverhältnis
(Signal/Rauschverhältnis) verschlechtert und Resultate
ergibt, die, falls sie für die Fadenerfassungseinrichtungen
für Kreuzspulmaschinen ausreichend sind,
dies jedoch nicht für die beim Offen-End-Verfahren
benötigte Genauigkeit ausreichend sind, vor allem nicht
zur Bestimmung von Moir´-Defekten und des Spektrogramms.
Ein zweiter ernstlicher Nachteil der Einrichtungen zur
Erfassung von Fadeneigenschaften, insbesondere Fadenverdickungen,
gemäß Stand der Technik besteht in der
Änderung der Fotodiodenemission mit der Temperatur.
Auch die Fotoempfänger haben denselben Nachteil bzw.
dieselbe Art von Fehler, so daß es durch eine geeignete
Auswahl der Bauteile möglich ist, einen gewissen
Ausgleich zu erzielen, jedoch unter der Voraussetzung, daß
die beiden Elemente dieselbe Temperatur haben.
Bei den geometrischen Anordnungen gemäß Stand der Technik
sind jedoch der Empfänger und der Emitter bzw.
Sender stets auf entgegengesetzten Seiten angebracht,
so daß die beiden Elemente aufgrund ihrer Entfernung
während der dem Einschalten folgenden Wärmeübergänge
oder aufgrund einer äußeren Bestrahlung unterschiedliche
Temperaturen besitzen können und demzufolge beträchtliche
Fehler verursachen können.
Das Ausmaß dieser Fehler kann für die von den
Kreuzspulmaschinen benötigten Genauigkeiten akzeptiert werden,
nicht jedoch für die Offen-End-Maschinen, bei
denen die Messung von Moir´-Defekten und somit hoher
Meßgenauigkeiten erforderlich sind.
Was nun die Abnahme oder Eliminierung der durch die
Umgebungsbeleuchtung verursachten äußeren Störungen
anbelangt, haben die herkömmlichen Einrichtungen zwei
solcher Probleme, die Sättigung der Verstärker und das
Vorhandensein von Änderungen in dem die Abmessung des
Durchmessers bildenden Signal, nicht gelöst, die stets
bei einer durch Außenbeleuchtung erzeugten Störung
vorhanden sind, und zwar beide aufgrund der nicht
korrekten Verwendung der Diode und eines unterschiedlichen
dynamischen Ansprechens der Verstärkerkreise,
wenn die Signale sehr unterschiedliche Pegel erreichen.
Gemäß dem augenblicklichen Stand der Technik gibt es
keine Einrichtungen zur Herabsetzung des Sättigungsphänomens,
jedoch werden Filter eingebaut, die sich
gegnüber dem Empfänger befinden und sämtliche von dem
IR-Band, innerhalb von dem der Sender arbeitet,
verschiedenen Wellenlängen abschwächen.
Auf dem Markt gibt es keine optischen Erfassungseinrichtungen
für Fadenverdickungen, die einen Lichtstrahl
bzw. -streifen aufgrund von direktem oder reflektiertem
Sonnenlicht widerstehen können, das in den Webraum
eintritt.
Das gesammelte und verstärkte Signal ist stets das
Gesamtsignal, so daß eine Verstärkung in der ersten
Verstärkerstufe, die für das modulierte Signal optimal
ist, offensichtlich auch das Licht verstärkt, das sehr
hohe Intensitätspegel erreichen kann. Was die offensichtliche
Änderung im Garndurchmesser bei Vorhandensein
von Störlicht anbelangt, soweit letzteres geringe
Intensität hat, ist dies bei einem herkömmlichen Gerät
nicht korrigiert worden, da es für die für die Kreuzspulmaschinen
typische Genauigkeit nicht kritisch ist.
Die herkömmlichen Einrichtungen, die völlig analog
sind, was die Lösung des Problems der Kompensation für
die Verschmutzung und den optischen Wirkungsgrad
anbelangt, sowohl vom Gesichtspunkt der Verschlechterung
als auch der thermischen Störungen her, sind
höchstens mit einem Schaltungstyp versehen, bei dem
sämtliche Arten der Verschlechterung, die ein langsames
Ändern des Ausgangssignals bewirken, lediglich durch
Ändern der Emission kompensiert werden, um den mittleren
Ausgangssignalwert entsprechend dem voreingestellten
Mittelwert des Garndurchmessers konstant zu halten.
Bei einer typischen Anordnung integriert ein Integrator
mit sehr großer Zeitkonstante die Differenz zwischen
dem Signal und dem gewünschten Mittelwert und sein Ausgangssignal
wird als der festgesetzte Emissionspegel
ausgegeben.
Die Grenze dieser Näherung besteht darin, daß sich die
Emission stets auch bei Vorhandensein von Durchmesseränderungen
mit mehr oder weniger langer Periodizität
ändert und daß der Kompromiß, die Kalibration der
Integrationszeitkonstanten auszuführen, so daß eine
ausreichende Dynamik der Kompensation für die Verschmutzung
erzielt wird, zur selben Zeit nicht verhindern
kann, daß das System z. B. ein Doppelgarn einfügt,
das sich als langsam ändernder Durchmesser eingeführt
wird.
In jedem Fall erfolgt die Feststellung des Defekte
bewirkenden Moir´-Effekts gemäß Stand der Technik nur,
wenn die Spitzenwerte aufgrund der Verdickung so groß
sind, daß sie als eine Knotenkette berechnet werden,
nämlich als eine nicht notwendigerweise periodische
Kette kleiner Fadenverdickungen.
Diese Näherung führt zur Möglichkeit, daß das Auftreten
von Moir´-Defekten nur dann abgestellt wird, wenn diese
bereits gut sichtbar sind, da eine Feststellung der
Periodizität der Verdünnungen und Verdickungen der
Fäden unter Verwendung einfacher Systeme oder
Vorrichtungen nicht möglich ist.
Bei den bekannten Lösungen ist es daher erforderlich,
zum Abstellen des Moir´-Defekts entweder einen sehr
engen Grenzwert für die Unregelmäßigkeit des Garns
vorzusehen oder eine gewisse Unregelmäßigkeit zuzulassen,
die es schon gestatten kann, durch bereits gut
sichtbare Moir´-Pegel durchgehen.
Eine Anforderung der Weber hingegen ist, daß bei guter
Trennung der beiden Messungen der Fall auftreten
könnte, daß eine relativ beträchtliche Unregelmäßigkeit
akzeptabel ist, jedoch nicht darauf verzichtet wird,
die gerade sichtbaren Moir´-Pegel abzustellen.
Wie bereits für den Moir´-Defekt obenstehend erwähnt
worden ist, führen die Analogeinrichtungen des Standes
der Technik auch für die anderen charakteristischen
Merkmale, die Unregelmäßigkeiten des Garns, eine
Messung durch, die nur annähernd mit der präzisesten
Definition der Unregelmäßigkeiten korreliert ist, die
der %VC- oder Veränderungskoeffizient ist, der mathematisch
durch die Standardabweichung in Prozent des
Durchmessermittelwerts definiert ist.
Bei den bekannten Lösungen wird die Unregelmäßigkeit
nicht gemessen und dann möglicherweise mit einem
Grenzwert, sondern sie wird mit den Spitzenwerten
verglichen; es wird nämlich die Anzahl von Malen
gezählt, die der gemessene Durchmesser einen vorher
festgesetzten Wert überschreitet, und ein Anhalten aufgrund
des Überschreitens einer Unregelmäßigkeit wird durchgeführt,
wenn die Anzahl dieser Ereignisse einen vorher
festgesetzten Wert überschreitet.
Diese Kalibration ist demzufolge dieselbe wie beim
Moir´-Defekt, und selbst wenn sie es gestattet, das
Auftreten vorbestimmter Unregelmäßigkeitspegel anzuhalten
oder abzustellen, fallen diese Pegel jedoch nicht
mit dem %VC-Pegel zusammen und überdies ist eine
Messung des tatsächlichen %VC-Werts für das akzeptierte
Garn nicht möglich, wenn dieses Anhalten nicht
auftritt.
Das Spektrogramm oder eine Spektralanalyse der im Garn
vorhandenen Unregelmäßigkeiten ist dann eine typische
Funktion, die gegenwärtig mit dazu vorgesehener Laborausstattung
ausgeführt wird, die derart kostspielig und
kompliziert ist, daß das auf Garnproben und -abtastungen
anwendbare Spektrogramm in bezug auf die
tatsächliche Qualität der Gesamtproduktion nicht
repräsentativ ist.
Die direkte Berechnung des Spektrogramms auf die
Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung ist niemals
geschehen, da der Stand der Technik analog arbeitet.
Auch die Verfügbarkeit eines Mikroprozessors bei jeder
Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung löst dieses
Problem nicht automatisch, da die außer für Speicherungen
für die Berechnung von Fourier-Koeffizienten
benötigte Geschwindigkeit und Kompliziertheit der
Funktionen nicht mit der Struktur und den Kosten der
auf dem Markt erhältlichen Mono-Chips kompatibel und
für die Steuerung und Überwachung der Erfassung von
Fadenverdickungen verwendbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen
Nachteile zu beheben und somit eine neuartige optische
Erfassungseinrichtung für Fadeneigenschaften und
-fehler, insbesondere Fadenverdickungen, vorzusehen,
die unter Ausnutzung eines 8-Bit-Monochip-Prozessors
bis zu einem optimalen Ausmaß nicht nur die typischen
Funktionen der Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtungen
verbessert und genauer macht, sondern auch sämtliche
Funktionen der elektronischen Überwachung der Webeinheit,
die zur Zeit mittels kostspieliger Laboreinrichtungen
oder speziell eingebauter Einrichtungen
ausgeführt werden, auf derselben Erfassungseinrichtung
für Fadeneigenschaften konzentriert werden, wodurch die
eben erwähnten Einrichtungen eliminiert werden können.
Die hohe Empfindlichkeit des vorliegenden Systems hat
es sogar nicht nur gestattet, daß ein einen voreingestellten
Schwellenpegel überschreitender Moir´-Defekt
sondern auch ein Vorwarnpegel festgestellt wird, wenn
das Phänomen beginnt, aber noch akzeptabel ist, um die
Anforderung für die Rotorreinigungswartung zu bewirken,
ohne daß das Weben in der Zwischenzeit angehalten
werden muß, und dies zum Zweck, die Produktivität der
Webereifabrik auf ein Maximum zu bringen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer optischen
Erfassungseinrichtung für Fadenverdickungen und -eigenschaften
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten
Ausführungsform eines praktischen Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter
erläutert. Die nachfolgende Beschreibung ist nur exemplarisch
und soll nicht einschränkend verstanden werden,
da das beschriebene Ausführungsbeispiel im Bereich
dieser Erfindung technisch und konstruktionsmäßig abgeändert
werden kann. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen
Erfassungseinrichtung für Vorgarn- bzw. Fadeneigenschaften,
die einer seriellen Übertragungsleitung
zugeordnet ist, mit der
sämtliche anderen Fadenerfassungseinrichtungen,
die Haupteinheit (Leitrechner) sowie
die Elektronik zur Handhabung der Webeinheit
verbunden ist;
Fig. 2 eine geschnittene Aufsicht auf den optischen
Meßkopf der Fadenerfassungseinrichtung von
Fig. 1;
Fig. 3 das Schaltbild einer Einheit der
Fadenerfassungseinrichtung von Fig. 1, die zur Kompensation
der Störungen durch Umgebungslicht
und zur Signalnormierung dient;
Fig. 4 ein Diagramm, das sich auf die Funktionen und
Arbeitsweise der Kompensationseinheit von Fig. 3
bezieht;
Fig. 5 ein Schaltbild der automatischen Null-
Korrektureinheit der Fadenerfassungseinrichtung von
Fig. 1;
Fig. 6 ein Schaltbild der Modulationseinheit für die
Fotodiodenemission der Fadenerfassungseinrichtung
von Fig. 1 mit Digital/Analogwandler;
Fig. 7 ein Funktionsdiagramm der Einheit zur Detektion
von Moir´-Defekten der Fadenerfassungseinrichtung
von Fig. 1
Fig. 8 und 9 Diagramme, die sich auf die Funktion der
Einheit von Fig. 7 beziehen;
Fig. 10 ein Schaltbild der Einheit zur Feststellung
der Unregelmäßigkeiten des %VC-Koeffizienten;
Fig. 11 ein Schaltbild der Spektrogramm-Recheneinheit;
und
Fig. 12 ein Diagramm, das sich auf die Funktion der
Einheit von Fig. 1 bezieht.
Es wird im folgenden auf die Zeichnung und insbesondere
auf Fig. 1 Bezug genommen, in der die folgenden Funktions-
Grundblöcke identifiziert werden:
- ein optischer Kopf 1 zur Messung des Garndurchmessers;
- eine Einheit 2 zur Modulation der Emitterlichts, die mit Digital/Analogwandler versehen ist;
- eine Einheit 3 zur Kompensation der Störungen durch Umgebungslicht und zur Signalnormierung;
- eine Datenverarbeitungseinheit CPU (Zentraleinheit) 4;
- ein Zeit- bzw. Taktgeber und Sequenzengenerator 5;
- ein Analog/Digitalwandler 6;
- ein Normierblock 7 mit Widerständen für die Erfassung von Fadenverdickungen;
- eine Schnittstelleneinheit (Interfaceeinheit) 8 zur seriellen Leitung;
- eine Master- bzw. Haupteinheit (Leitrechner) 9;
- die Steuer- oder Leitelektronik 10 für die Webeinheit;
- eine serielle Leitung 11 für den Anschluß der anderen Vorgarn. bzw. Fadenerfassungseinrichtungen an die Haupteinheit;
- eine Einheit 12 zur Feststellung von Moir´-Defekten;
- eine Einheit 13 zur Feststellung von %VC-Unregelmäßigkeiten;
- eine Spektrogramm-Recheneinheit 14;
- eine Einheit 15 zur automatischen Null-Korrektur;
- eine Einheit 16 zur Steuerung bzw. Kontrolle des Durchmessers (Zählung);
- eine Einheit 17 zur Berechnung eines Einheitsdurchmessers;
- eine Einheit 18 zur Feststellung von Fadenlauf;
- eine Einheit 19 zur Feststellung der einzelnen Defekte mit einer gewissen Ausdehnung (kurze Defekte);
- eine Einheit 20 zur Berechnung des Wirkungsgrads;
- eine Einheit 21 zur Feststellung der Knotenkette, d. h. der kleinen, nicht periodischen Fadenverdickungen;
- eine Einheit 22 zur Feststellung der Defekte mit großer Länge;
- eine Einheit 23 zur Voreinstellung des mittleren Referenzdurchmessers D m ;
- eine Adressenverarbeitungseinheit 24 für die Fadenerfassungseinrichtung.
- eine Einheit 25 zur Feststellung einer übermäßigen Verschmutzung in der Optik des Kopfes;
- eine Einheit 26 zur Feststellung der völligen Füllung des Konus bis zur voreingestellten Garnlänge;
- ein Impulsgenerator 27, der fest auf der Garnextraktionswalze mit Keilen oder Stiften befestigt ist;
- ein Subtrahier-Verknüpfungsglied 60.
- ein optischer Kopf 1 zur Messung des Garndurchmessers;
- eine Einheit 2 zur Modulation der Emitterlichts, die mit Digital/Analogwandler versehen ist;
- eine Einheit 3 zur Kompensation der Störungen durch Umgebungslicht und zur Signalnormierung;
- eine Datenverarbeitungseinheit CPU (Zentraleinheit) 4;
- ein Zeit- bzw. Taktgeber und Sequenzengenerator 5;
- ein Analog/Digitalwandler 6;
- ein Normierblock 7 mit Widerständen für die Erfassung von Fadenverdickungen;
- eine Schnittstelleneinheit (Interfaceeinheit) 8 zur seriellen Leitung;
- eine Master- bzw. Haupteinheit (Leitrechner) 9;
- die Steuer- oder Leitelektronik 10 für die Webeinheit;
- eine serielle Leitung 11 für den Anschluß der anderen Vorgarn. bzw. Fadenerfassungseinrichtungen an die Haupteinheit;
- eine Einheit 12 zur Feststellung von Moir´-Defekten;
- eine Einheit 13 zur Feststellung von %VC-Unregelmäßigkeiten;
- eine Spektrogramm-Recheneinheit 14;
- eine Einheit 15 zur automatischen Null-Korrektur;
- eine Einheit 16 zur Steuerung bzw. Kontrolle des Durchmessers (Zählung);
- eine Einheit 17 zur Berechnung eines Einheitsdurchmessers;
- eine Einheit 18 zur Feststellung von Fadenlauf;
- eine Einheit 19 zur Feststellung der einzelnen Defekte mit einer gewissen Ausdehnung (kurze Defekte);
- eine Einheit 20 zur Berechnung des Wirkungsgrads;
- eine Einheit 21 zur Feststellung der Knotenkette, d. h. der kleinen, nicht periodischen Fadenverdickungen;
- eine Einheit 22 zur Feststellung der Defekte mit großer Länge;
- eine Einheit 23 zur Voreinstellung des mittleren Referenzdurchmessers D m ;
- eine Adressenverarbeitungseinheit 24 für die Fadenerfassungseinrichtung.
- eine Einheit 25 zur Feststellung einer übermäßigen Verschmutzung in der Optik des Kopfes;
- eine Einheit 26 zur Feststellung der völligen Füllung des Konus bis zur voreingestellten Garnlänge;
- ein Impulsgenerator 27, der fest auf der Garnextraktionswalze mit Keilen oder Stiften befestigt ist;
- ein Subtrahier-Verknüpfungsglied 60.
Die Erfassungseinrichtung für Vorgarn bzw. Fadenverdickungen
und -fehler (im folgenden "Erfassungseinrichtung") arbeitet wie folgt.
Eine Einheit 2 zur Modulation des Lichtes vom Emitter
bzw. Sender 28 des optischen Kopfes 1 führt dem Emitter
einen pulsierenden Strom zu, wobei die Perioden mit
Beleuchtung und ohne Beleuchtung gleich sind (sie
könnten auch voneinander verschieden sein) und durch
den Sequenzengenerator-Zeitgeber 5 gesteuert bzw.
angetrieben werden.
Der Emnissionsstrom 31 wird auf einen Pegel eingestellt,
der durch die automatische Null-Korrektureinheit 15
bestimmt wird. Die Einheit 15 ist mit der Modulatoreinheit
durch zwei Kanäle 29 und 30 verbunden, die
Sätze von Impulsen übertragen, d. h. der Kanal 29 dient
dazu, den Emissionspegel 31 der Emitter- bzw. Senderdiode
zu erhöhen; der Kanal 30 dient dazu, ihn herabzusetzen.
Das emittierte Licht wird durch ein Detektionsfenster
33, innerhalb von dem das betrachtete Garn 34 läuft,
einem Fotoempfänger 32 zugeführt.
Die Menge des vom Empfänger 32 empfangenen Lichtes
nimmt linear mit zunehmendem Durchmesser des Garns 34
bis zu dem größten Durchmesser zu, der mit der Größe
des Fensters 33 kompatibel ist.
Der Fotoempfänger 32 ist so ausgebildet, daß er als
Stromgenerator arbeitet, so daß der erzeugte Strom zum
empfangenen Licht proportional ist und sich somit
Stromänderungen ergeben, die zum Durchmesser des
betrachteten Garns proportional sind.
Das durch den Fotoempfänger zugeführte Signal wird
verstärkte und durch die damit verknüpfte Schaltung 3
demoduliert, die auch die Normierung dieses Signals
mittels eines digital gesteuerten Verstärkers mit
variabler Verstärkung über die Verbindungsleitung 35
durch die Einheit 17 zur Berechnung des Einheitsdurchmessers
ausführt.
Das normierte und somit mit änderndem Durchmesser des
Garns konstante Analogsignal, das durch die Erfassungseinrichtung
verarbeitet werden soll, wird über die Verbindungsleitung
36 dem 8-Bit-Digital/Analogwandler 6
zugeführt, der es in einen 8-Bit-Digitalwert, nämlich
eine Zahl aus dem Bereich von 0 bis 256, mit einer
Probennahmekadenz oder -periode umwandelt, die einer
vorbestimmten Garnlänge, z. B. 2,5 mm, entspricht.
Die dem gemessenen Durchmesser entsprechende Zahl wird
über die Verbindungsleitung 38 dem Mikroprozessor 37
bzw. dem Subtrahier-Verknüpfungsglied 60 und der Einheit
17 zur Berechnung des Einheitsdurchmessers zugeführt.
Beim ersten Arbeitsschritt der Erfassungseinrichtung
wird in derselben Einheit 17, wenn der berechnete
Durchmesser festgestellt wird, ein Mittelwert der auf
einer vorher festgelegten Garnlänge, die in dem Bereich
von 64 bis 256 m Garn liegt, gelesenen Werte berechnet.
Bei diesem Schritt ist für den mit variabler Verstärkung
ausgestatteten Verstärker der Einheit 3 durch die
Einheit 17 eine spezielle Konfiguration, nahe der
Höchstverstärkung, gegeben, so daß die Zahl entsprechend
dem Mittelwert der festgestellten Werte, abgesehen
davon, daß sie in digitaler Form den Mittelwert
des Einheitsdurchmessers darstellt, in ihrer Konfiguration
als binäre Digitalzahl auch die Normierungsverstärkung
bildet, die die Einheit 3 erhalten soll, um
normierte Werte mit dem speziellen Garn zu erhalten.
Der in der Einheit 17 berechnete mittlere Durchmesser
wird über das serielle Leitungsinterface 8 zur
Haupteinheit 9 übergeben.
Nach Empfang der mittleren Durchmesserwerte von sämtlichen
für diesen Arbeitsgang freigegebenen Erfassungseinrichtungen
berechnet die Haupteinheit 9 den Mittelwert
dieser Werte und führt durch die Einheit 17 diesen
Mittelwert sämtlichen Erfassungseinrichtungen wieder
zu, wobei sie als eine Kontrolle dazu verwendet wird,
die Konfiguration des Verstärkers der Einheit 3 mit
variabler Verstärkung anzusteuern.
Nachdem das Lernen, d. h. die Ermittlung, des mittleren
Durchmessers beendet worden ist, startet die Erfassungseinrichtung,
die stets arbeitet, indem sie von der
Differenz des gemessenen Durchmessers ausgeht, die im
Subtrahier-Verknüpfungsglied 60 in bezug auf einen den
Referenzmittelwert darstellenden Wert 23 ausgeführt
worden ist.
Die Differenz, die mittels einer Digitalzahl mit Vorzeichen
"+" oder "-" den Fehler relativ zum Referenzdurchmesser
darstellt, wird durch den Draht, d. h. die
Leitung, 90 zu den verschiedenen Funktionseinheiten zur
Feststellung der Defekte und zu den für die Funktion
des Systems benötigten Betriebs- und Wartungseinheiten
berichtet bzw. übermittelt.
Ausgehend von den Wartungseinheiten führt die erste
Einheit 18 dieser Einheiten die Feststellung des
Garnlaufs durch.
In dieser Einheit 18 bewirken wiederholte gleiche Werte
der Differenz das Aussenden eines Signals for "stationäres"
oder "abwesendes" Garn, während die Schwankung
und Variabilität der Differenzen bei einer Vielzahl von
Proben und Abtastungen mit einem Wert, der größer als
die Unsicherheiten des Wandlers 6 ist, das Signal
"laufendes" Garn bestimmt.
Das "laufendes" Garn anzeigende Signal gibt über die
Verbindungsleitung 39 sämtliche Fadenerfassungsfunktionen
und auch die die Garnlänge berechnende Einheit
26 frei. Das Signal für "stationäres" Garn wird dazu
verwendet, die Zählung der Zeit des nicht betriebsfähigen
Status in der Einheit 20 freizugeben, die die
Wirkungsgraddaten der Webeinheit verarbeitet.
Die zweite Betriebseinheit 15 führt die Korrektur des
Nullpunkts bzw. eine Null-Korrektur durch, die auf
solche Störungen wie das Vorhandensein von
Verschmutzung in der optischen Einheit 1, die thermische
Drift des Senders 28 und des Empfängers 32 und die
thermische Drift der Schaltungen 2 zur Einstellung der
Emission und des Dempodulatorverstärkers der Einheit 3
folgt.
Der Arbeitsmechanismus ist wie folgt:
In der Einheit 15 wird eine auf eine Garnlänge von 16
bis 32 m ausgedehnte Summierung der Differenzen ausgeführt;
die die Abweichung vom Referenzdurchmesser
darstellen.
Bei einer solchen großen Garnlänge sollte der Wert des
Mittelwerts der obigen Differenzen Null sein, insoweit
als sämtliche Unregelmäßigkeiten im wesentlichen eine
viel geringere Länge besitzen, und da angenommen wird,
daß der Zuführungskammzug der Webeinheiten eine sehr
konstante Zählung hat.
Sollte dies bei relativ kleinen Werten entsprechend
wenigen Prozenten des Mittelwerts der Abweichungen
nicht der Fall sein, bedeutet dies, daß dies einem
Fehler vom Gerätetyp zuzuschreiben ist, der durch die
oben erwähnten Störungen bewirkt wird.
Die Korrektur des Nullpunktfehlers wird automatich am
Ende der Integration durch die Einheit 15 durchgeführt,
die mittels der Verbindungsleitungen 29 und 30 den
Emissionspegel des Fotoemitters 28 über die Schaltung 2
erhöht oder herabsetzt.
Um dieses Resultat zu erzielen, wird das Ergebnis der
Integrationen der Abweichungen auf 16 bis 32 m mit dem
Reziprokwert der Normierungsverstärkung des durch die
Einheit 17 erzeugten und zu diesem Zweck auch durch die
Verbindungsleitung 35 der Einheit 15 zugeführten Signals
multipliziert, und die erhaltene Zahl wird in
Impulse umgewandelt, um den Emissionspegel zu erhöhen
oder herabzusetzen.
Die Auflösung und Präzision des Systems gestattet eine
exakte Wiedergewinnung des gefundenen Fehlers durch
eine somit automatische Rekalibration des Nullpunkts.
Die digitale Integration über eine große Garnlänge
verhindert es, daß mögliche Durchmesserschwankungen,
selbst mittlerer Länge, als Nullpunktfehler angesehen
werden, und somit, das ungeeignete und gefährliche
Korrekturen an der Nullpunkt-Kalibration ausgeführt
werden.
Diesbezüglich wird oberhalb eines bestimmten Prozentwerts
des Mittelwerts der Abweichungen die Korrektur
nicht weiter erhöht, und der Mittelwert wird über die
Verbindungsleitung 40 weiter der Zählkontrolleinheit 16
zugeführt, in der er mit einem Grenzwert verglichen
wird, der als die maximale zugelassene Zählabweichung
definiert ist; wenn er diesen Wert überschreitet, wird
von der Einheit 16 ein Signal zum Anhalten des Webens
erzeugt und über die Verbindungsleitung 53 der
Kontrollelektronik 10 für die Webeinheit zugeführt, was
den Ruf des Operators, nämlich den Alarm, bewirkt.
Die ausgeklügelte Gestaltung der beschriebenen Arbeitsgänge
und Operationen und insbesondere die Verwendung
des digitalen Mittels und die periodische und nicht
fortgesetzte Aktualisierung des Nullpunkts sind konzipiert,
um einen solchen Nachteil wie das Lernen und
Übernehmen einer falschen Zählung fernzuhalten, die für
Erfassungssysteme mit automatischer Nullpunkt-Rekalibration
typisch ist.
Bei dem offenbarten System könnte ein solches Ereignis
lediglich in dem sehr unwahrscheinlichen Fall auftreten,
daß die Änderung im Durchmesser graduell und alle
16 bis 32 Garnmeter gleich wenigen Prozent ist.
Bei jeder Probennahme wird dann der Wert der Abweichung
vom gemittelten Durchmesser der Einheit 12 zugeführt,
die die Kontrolle der Moir´-erzeugenden Defekte
verarbeitet; diesen Verarbeitungen folgend kann ein Vorwarnsignal
oder ein Webstoppsignal erzeugt werden, das
der Elektronik 10 für die Führung und Steuerung der
Webeinheit über Verbindungsleitungen 56 bzw. 55
zugeführt wird. Eine andere Einheit 19 verarbeitet auf
der Basis der als Probe genommenen Werte der Abweichungen
vom mittleren Durchmesser die Kontrolle der
einzelnen Defekte mit einer bestimmten Größe. Das
Ergebnis der Verarbeitung ist ein weiteres Stoppsignal,
wenn die Defekte die Grenzwerte überschreiten.
Eine weitere Einheit 21 steuert, stets mit den Probenwerten
der Abweichungen vom mittleren Durchmesser her
beginnen, die kleinen aperiodischen Fadenverdickungen,
die auch als "Knopfketten" bezeichnet werden, wobei die
Erzeugung eines Stoppsignals möglich ist.
Anschließend wird in der Einheit 13 die Standardabweichung
der Probenwerte der Abweichungen vom mittleren
Durchmesser berechnet, die den Grad der Garnunregelmäßigkeit
darstellt, die bei den Webern als "%VC"- oder
"%-Änderungskoeffizient" definiert ist.
Auch diese Einheit kann den Stopp aufgrund eines Überschreitens
von Unregelmäßigkeiten erzeugen.
Eine weitere Funktionseinheit 14 verarbeitet das
Spektrogramm und kann ebenfalls ein Stoppsignal
erzeugen, wenn der größte Amplitudenpegel des Fourier-
Koeffizienten bei einer beliebigen Wellenlänge einen
voreinstellbaren Wert überschreitet. Die Bedeutung des
Überschreitens eines voreingestellten Werts des
Spektrumpegels ist eine Anzeige für die übermäßige
Unregelmäßigkeit und auch für einen Defekt vom Moir´-
Typ mit einer bestimmten Größe.
Schließlich werden durch andere Einheiten einige untergeordnete,
fakultative oder Hilfsfunktionen ausgeführt,
beginnend mit dem durch die oben erwähnte elektronische
Schaltung erzeugten Signal.
Die erste dieser Einheiten 24 sieht die Verarbeitung
der Adresse der Erfassungseinrichtung, beginnend mit
der Detektion der Werte von zwei Widerständen 44 und
45 vor, die in einem sogenannten "personifizierenden
Fadenerfassungsblock 7 vom Widerstandstyp" enthalten
sind, der im stationären Abschnitt der Spannungsversorgung
untergebracht ist, und des Verbindungsstücks 50
zur seriellen Leitung 11 für die Verbindung der
Erfassungseinrichtung mit der Haupteinheit bzw. dem
Leitrechner 9.
Diese Werte werden gelesen und nach Umwandlung durch
den Analog/Digitalwandler 6 in Zahlen zur Einheit 25
übertragen, die unter Verwendung von lediglich 4 Bits,
der bedeutsamsten von jeder der zwei Zahlen, die 8-Bit-
Adresse der Erfassungseinrichtung zusammensetzt (es
sind somit 256 Adressen möglich).
Eine zweite Einheit 25 sieht die Detektion, d. h. Feststellung
des Ausmaßes der Verschmutzung und Verschlechterung
der Optik des Kopfes 1 vor.
Diese Detektion wird aus der Messung des durch die
Schaltung 2 erreichten Emissionspegels erhalten, der
durch die Verbindungsleitung 52 zum Analog/Digitalwandler 6
übermittelt wird. Das Funktionsprinzip
basiert auf der Tatsache, daß mit zunehmender
Verschmutzung die Emissions erhöht werden muß, so daß
von der Einheit 25 ein maximaler voreingestellter Pegel
für die Emission als Grenzwert für die Anforderung
verwendet wird, daß eine Reinigung durch den Operator
durchgeführt werden muß (Alarm).
Das durch die Einheit 25 erzeugte Alarmsignal wird
durch den Draht bzw. die Leitung 53 zur Leitelektronik
10 der Webeinheit und durch den Draht bzw. die Leitung
54 zur Interfaceeinheit 8 der Haupteinheit 9 übergeben.
Eine weitere Einheit 20 führt die Berechnung des
Wirkungsgrades der Webeinheit durch, indem sie mit der
Addition der Zeiten der Nichtbetriebsfähigkeit der
Webeinheit beginnt.
Die Summe der auf einem Anhalten beruhenden Zeiten der
Nichtbetriebsfähigkeit der Webeinheit wird der
Leitelektronik 10 der Webeinheit über die Verbindungsleitung
55 mitgeteilt, worauf eine automatische Betätigung
eines Roboterfahrzeuges folgt, das den Offen-End-Rotor
reinigt und das Garn wieder zusammenfügt bzw. verbindet.
Diese Summe wird getrennt von der Summe der
Stillstände gebildet, die durch einen Alarm verursacht
werden, der einem Ruf nach dem Operator für sämtliche
Wartungsarbeiten entspricht, die nicht automatisch
ausgeführt werden können.
Diese der Haupteinheit 9 über die Interfaceeinheit 8
zur seriellen Leitung übermittelten Daten gestatten
eine Berechnung des Wirkungsgrades des Fahrzeugs und
des Operators sowie des Gesamtwirkungsgrades.
Zu diesem Zweck wird die die Garnlänge berechnende
Einheit 26 durch die Haupteinheit auf eine Meterzahl
voreingestellt, die der Gesamtfüllung des Konus bzw.
Behälters entspricht; nachdem auf das Entladen des
vollen Konus folgend eine Rücksetzung vorgenommen
worden ist, werden die Probenahmen bzw. Abtastungen
gezählt, die sehr präzisen Einheitslängen des laufenden
Garns entsprechen, bis die der Konusfüllung
entsprechende Zahl erreicht worden ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal "Konus entladen"
erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der
Erfindung ist der optische Meßkopf 1 durch einen Block
46 aus Kunststoff oder Glas gebildet (vgl. Fig. 2), der
im wesentlichen U-Form besitzt und als Führung für den
Lichtstrahl 47 wirkt, der von einem an einem Ende eines
Schenkels des "U" vorgesehenen Fotoemitter 28 ausgesandt
wird. Der Lichtstrahl 47 wird zweimal an zwei
glatten reflektierenden Oberflächen 48 und 49 reflektiert,
die um 45°C geneigt angeordnet sind. Nachdem der
Lichtstrahl 47 durch das optische Fenster 33 zur Detektion
des Garns 34 getreten ist, wobei sich dementsprechend
seine Intensität umgekehrt porportional zum
Durchmesser des Garns ändert, gelangt er zum
Fotoempfänger 32, der am Ende des anderen Schenkels des "U"
angeordnet ist und zusammen mit dem Fotoemitter 28 in
einem Block 51 aus einem Material eingebettet ist, das
die Temperatur der beiden Elemente gleich halten kann.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sind die beiden
für diese Art von Teilen charakteristischen Hauptprobleme
die Linearität und Homogenität der Beleuchtung
des Meßfensters 33, durch das das Garn 34 hindurchtritt,
und die Minimierung der auf einer Temperaturdifferenz
zwischen dem Strahler bzw. Sender 28 und dem
Empfänger 32 beruhenden Störungen gelöst.
Die Doppelreflexion gestattet es in der Tat, eine
optimale Wirkung des Mischens der Lichtstrahlen und
somit die Homogenisierung des Lichtstrahls zu erzielen,
wobei die Homogenisierung auch durch den langen optischen
Weg durch die Reflexionen der Strahlen an den
Wänden des Blocks 46 verstärkt wird, was auch zur
Verstärkung des Lichtstrahls entsprechend den Rändern
dient, an denen die Emission schwächer ist.
Diese Homogenisierung führt des weiteren nicht zu einer
ungünstigen Beeinflussung der Wirksamkeit des Systems,
da hiermit keine Verluste der Lichtenergie verbunden
sind.
Andererseits bewirkt die Möglichkeit, den Sender 28 und
den Empfänger 32 sehr dicht beieinander anzuordnen, daß
diese stets dieselbe Temperatur besitzen, während der
Block 51 gewährleistet, daß eine Temperaturveränderung
auf beide Elemente 28 und 32 auf dieselbe Weise wirkt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liefert die
Einheit 3 zur Kompensation der Störungen durch
Umgebungslicht und zur Signalnormierung (vgl. Fig. 3) die
Demodulation des von der Empfängerdiode 32, die durch
die Schaltung mit dem Verstärker verbunden ist,
abgegebenen Signals, so daß der Verstärker 57 als
reiner, nämlich kurzgeschlossener, Stromgenerator
wirksam ist, und dies dient zu dem Zweck, die größte
Linearität zwischen dem empfangenden Licht und dem Strom
zu erhalten.
Der Verlauf des empfangenden Signals ist in Fig. 4
gezeigt und durch die Kurve 58 angegeben.
In fig. 4 stellt die stufenartige Linie 59 den
pulsierenden Verlauf des Stroms dar, der der Sender-Fotodiode
28 zugeführt wird.
Im Fotoemitter 28 sinkt die Emission periodisch auf
Null ab, während der Fotoempfänger 32 ein Signal abgibt,
das in den Minimumpunkten nicht den Wert Null
sondern einen Pegel 61 größer als Null besitzt, der auf
das Umgebungslicht zurückzuführen ist, das zu einer
Störung führt, die - auch zu einem beträchtlichen
Ausmaß - den Gleichstrompegel des Signals anhebt. Um zu
verhindern, daß der Verstärker 57 durch diese Art der
Störung gesättigt wird, ist erfindungsgemäß eine
Vorrichtung zum Herabsetzen des Gleichstromsignals vorher
angeordnet; die Reduktion findet dabei statt, ohne daß
die dynamischen Eigenschaften des Signals herabgesetzt
werden, indem von dem an den Spitzenpunkten 62
erhaltenen Wert des durch die Kurve 58 dargestellten
Signals der Minimumwert 63 abgezogen wird.
Die Vorrichtung besteht darin, das Signal 58 in seinen
Minimumpunkten 63 durch das Gatter 64 und den Kondensator
65 auf Befehl durch den Zeitgeber und Frequenzgenerator 5
abzutasten, der durch die Leitung 125 auf
das Gatter 64 wirkt.
Dieses Signal wird in positiver Rückkoppelung an den
Verstärker 57 als konstanter Pegel 61 abgegeben, was
dazu führt, daß das Signal vom Verstärker 57 nach unten
verschoben wird (vgl. Kurve 66 in Fig. 4), wodurch eine
Sättigung vermieden wird.
Durch den Kondensator 67 wird das völlig von der Rest-
Gleichstromkomponente 69 befreite Signal durch die
Diode 68 ganz über Null angehoben, so daß das durch das
Gatter 70 und den Kondensator 71 gebildete System
Signale abtasten kann, die stets einen Wert größer als
Null besitzen.
Diese Abtasteinrichtung nimmt das Signal stets am
Höchstpegel 62 auf Befehl durch den über die
Verbindungsleitung 126 wirkenden Zeitgeber und Frequenzgenerator 5
ab, während der Verstärker 72 es verstärkt,
wobei ein durch die Umgebungslichtstörung bewirkter
typischer Fehler des Signals durch eine Eigenschaft des
erfindungsgemäßen Schaltungsmechanismus korrigiert
wird.
Der Fehler tritt systematisch als offensichtliche
Nichtlinearität der Fotoempfängerdiode 32 auf, beruht
jedoch tatsächlich auf den dynamischen Eigenschaften
der Schaltungsverarbeitung des Signals und bringt eine
Erhöhung der Modulation und des Signals mit sich, die
einer Abnahme im festgestellten Garndurchmesser entsprechen,
wenn die Intensität des störenden Umgebungslichts
zunimmt. Die Eliminierung dieses Fehlers ist
dadurch erhalten worden, daß im Knotenpunkt 73 zum
Eingangssignal zum Verstärker 72 entsprechend der
Kalibration des Potentiometers 74 ein Bruchteil der im
Kondensator 65 abgetasteten Spannung addiert wird, die
einen Bruchteil des Pegels des Störsignals durch
Umgebungslicht darstellt.
Der optimale Wert für diese Kalibration wird erhalten,
indem die Erfassungseinrichtung unterschiedlichen
Pegeln von Störlicht ausgesetzt wird und mittels der
Korrekturen an der Potentiometereinheit 74 die Änderungen
im Ausgangssignal vom Verstärker 72 auf ein
Minimum herabgesetzt werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird das Ausgangssignal
vom Verstärker 72 an einen weiteren invertierenden
Verstärker 75 abgegeben, der mit Widerständen 76 versehen
ist, die für den Parallelanschluß am Rückkopplungseingang
geeignet sind, um die Verstärkung des
Verstärkers zu erhöhen.
Die Widerstände 76 werden mittels der Gatter 77
eingefügt, denen wiederum über die Verbindungsleitung 35
durch die Einheit 17 Befehle gegeben werden, wobei die
Einheit 17 in Digitaldarstellung die Verstärkung des
Verstärkers 75 gemäß der Kombination der eingefügten
Widerstände darstellen kann.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung stehen die Werte der
Widerstände 76 durch Werteverdoppelung miteinander in
Beziehung, wodurch eine Zweierpotenzreihe mit dem
Ergebnis erzielt wird, daß der Reziprokwert der
Verstärkung dieses Verstärkers linear proportional zur
Binärzahl ist, die der Konfiguration der eingefügten
Widerstände entspricht. Mit dieser Eigenschaft liefert
der Verstärker 75 ein Ausgangssignal, das den gemessenen
Garndurchmesser darstellt, konstant bezüglich des
voreingestellten Einheitsdurchmessrs, da er in der Tat
eine Division des Eingangssignals durch eine zum Kalibrations-
Einheitsdurchmesser proportionale Zahl ausführt.
Durch Voreinstellung der Widerstände 76 gemäß einer zum
Kalibrations-Einheitsdurchmesser der Erfassungseinrichtung
proportionalen Zahl wird somit ein Signal erhalten,
das stets den %-Wert des gemessenen Durchmessers
in bezug auf den Kalibrationsdurchmesser darstellt
und somit ein normiertes Signal ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die
Referenzspannung des Verstärkers 75 auf einen von Null
verschiedenen Wert eingestellt, so daß das Ausgangssignal
nicht Null ist, wenn der gemessene Durchmesser
auf Null gesetzt ist, was der Abwesenheit von Garn
entspricht.
Wenn dieses Signal daher Null ist, was auch als
"lebende Null" bezeichnet wird, stellt das Signal negative
Durchmesser dar, deren physikalische Bedeutung
lediglich eine Schaltungsfehlkalibrierung sein kann,
die auf diese Weise festgestellt werden kann.
Das Signal wird über die Verbindungsleitung 36 an den
Analog/Digitalwandler 6 abgegeben, der es periodisch in
eine Zahl umwandelt, die aufgrund der Normierung entsprechend
einem Fehlen von Garn und wenn ein Garn mit
einem Durchmesser exakt gleich dem Kalibrations-
Einheitsdurchmesser eingefügt wird, zwei ganz präzise
Werte annimmt. Im Subtrahier-Verknüpfungsglied 60 wird
vom Eingangssignal ein festgesetzter Wert 23
subtrahiert, der gleich der dem Einheitsdurchmesser entsprechenden
Zahl ist, so daß am Ausgang des
Verknüpfungsglieds ein abgetasteter Wert für die Abweichung
des gemessenen Durchmessers vom Einheitsdurchmesser
zur Verfügung steht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird durch
eine Einheit 15 zur automatischen Nullpunktkorrektur
die Korrektur der Kalibration des Nullpunkts vorgesehen
um zu bewirken, daß die Abweichung auf den mittleren
Garndurchmesser bezogen werden kann.
In dem in Fig. 5 dargestellten Schaltbild ist die
Verarbeitung der Signale von der Einheit für die
automatische Korrektur des Nullpunktwerts gezeigt. Hierbei
ist das Eingangssignal der abgetastete Wert der
Abweichung und der Wert des Reziprokwerts der im
Verstärker 75 voreingestellten Verstärkung, und als
Ausgangssignal liegen zwei Signale vor, von denen eines,
das Signal 29, zur Erhöhung, und das andere, das Signal
30, zur Herabsetzung des Strompegels des Senders 28 des
optischen Kopfes 1 dient.
Die Korrektur des Nullpunkts erfolgt somit durch
Korrektur des Pegels der Lichtemissions.
Diese Korrektur wird durch die Möglichkeit der Ansammlung
von Schmutz im optischen Fenster 33 des Meßkopfes,
durch Alterung des das ausgesandte Licht führenden
Kunststoffmaterials, die Verschlechterung und thermische
Driften des Senders 28 und des Empfängers 32,
abgesehen von den thermischen Driften der in der Einheit 3
zur Kompensation der Störung durch Umgebungslicht
und in der Einheit 2 für die Modulation des
Lichts vom Sender, erforderlich gemacht.
Der Mechanismus der automatischen Kalibration des
Nullpunkts basiert auf der Null-Einstellung des
Eingangssignals zur Einheit 15 durch eine Wirkungsweise in
der Art einer Integration.
Es ist eine charakteristische Eigenschaft der Erfindung,
daß die Integration digital an den abgetasteten
Werten der Abweichungen mittels eines Zählers 78 für
eine Anzahl von Proben ausgeführt wird, die einer sehr
großen Garnanlage äquivalent ist (z. B. 16-32 m), so daß
sie nicht durch den erhaltenen Endwert beeinflußt ist,
der den Mittelwert der von Durchmesseränderungen im
Bereich kurzer und mittellanger Längen auftritt. Des
weiteren werden bei der Emission als Folge der Integration
keine Korrekturen ausgeführt, sondern nach
Beendigung der Integration und nur folgend auf eine
Kontrolle ausgeführt, die zu dem Zweck dient zu
verhindern, daß die Korrektur des Nullpunkts die
Feststellung einer tatsächlichen Änderung im mittleren
Durchmesser aufgrund eines Zählfehlers verhindert.
Zu diesem Zweck wird das Ergebnis der durch den Zähler
78 ausgeführten Additionen mit einem vorher festgelegten
Grenzwert verglichen, und nur in dem Fall, daß
dieser Grenzwert nicht überschritten wird, wird die
Übertragung durch das Gatter 80 für den Wert der
mittleren Abweichung zum Multiplizierer 81 freigegeben,
wo dieser Wert mit dem Reziprokwert der Verstärkung des
Verstärkers 75 multipliziert wird.
Der obige Grenzwert dient dazu, die kleinen Abweichungen
vom Mittelwert der abgetasteten Abweichungen,
die auf die obigen Störungen, wie z. B. Verschmutzung,
zurückzuführen sind, von den Abweichungen zu diskriminieren,
die demgegenüber auf Zählfehler zurückzuführen
sind.
Nur im Fall der ersten Art der Abweichungen wird die
Korrektur ausgeführt, die präzise erhalten wird, um die
exakte Null-Einstellung der Abweichung zu erhalten,
indem die mittlere Abweichung mit dem Reziprokwert der
Verstärkung des Verstärkers 17 multipliziert wird, um
die Korrektur absolut oder vollständig zu machen, indem
von einem Abweichungswert ausgegangen wird, der hingegen
normiert ist.
Der numerische Wert des Ergebnisses der Multiplikation
wird durch den Vorzeichendiskriminator 82 in einen Satz
von Impulsen auf zwei Kanälen 29 und 30 als Funktion
des Vorzeichens des Mittelwerts der Abweichungen
umgewandelt.
Der Mittelwert der Abweichungen wird auch durch die
Verbindungsleitung 40 zur Einheit für die Durchmesser
(Zähl)Kontrolle übermittelt, wo es mit einem durch den
Operator kalibrierbaren Grenzwert verglichen wird, um
ein Alarmsignal zu erzeugen, das von einem Fehler in
der Zählung abgeleitet wird; dieser Mittelwert wird
auch über die Leitung 40 zur Einheit 13 zur Feststellung
der %VC-Unregelmäßigkeiten übermittelt, wo er
dazu verwandt wird, die Berechnung des Veränderungskoeffizienten
(%VC) genauer zu machen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wandelt eine
Modulatoreinheit 2 für die Fotodiodenemission mit einem
Digital/Analogwandler den Satz von Impulsen in einen
Analogspannungspegel um, dem ein bestimmter Pegel des
an den Sender 28 abgegebenen Stroms entspricht (vgl.
Fig. 6). Die Funktion des Digital/Analogwandlers wird
durch die zum Verstärker 83 führende Integratorschaltung
mit einer Erhöhung oder Herabsetzung im Ausgangspegel
ausgeführt, die entsprechend durch das Gatter 84
und durch das Gatter 85 bewirkt werden, die durch die
Kanäle 29 und 30 angesteuert werden. Der Mittel- oder
Zentralpunkt der Gatter 84, 85 ist an den obigen Integrator
angeschlossen, dessen Referenz wiederum in einer
Mittelspannung zwischen den an die Gatter 84 und 85
angelegten Spannungen verankert ist.
Die durch diesen Wandler erzielte hohe Auflösung ist
durch die große Veränderungsmöglichkeit in der durch
die Einheiten 15 berechneten Anzahl von Impulsen
erforderlich gemacht worden, um eine exakte Wiedergewinnung
des Nullpunktfehlers zu erhalten.
Das Ergebnis dieser Umwandlung wird mittels der
Verbindungsleitung 52 zum Analog/Digitalwandler 6
abgegeben, um gemäß einem Merkmal der Erfindung eine mögliche
Verschmutzungsüberschreitung auf der Optik 1 zu
überwachen, die durch die Einheiten 25 für die Feststellung
der Verschmutzungsüberschreitung auf der
Kopfoptik festgestellt wird, wobei ein die Wartung
durch den Operator anforderndes Alarmsignal erzeugt
wird.
Um den Eingriffsbereich des Digital/Analogwandlers zur
Erfassung sehr hoher Schmutzpegel zu erweitern, ist
erfindungsgemäß am einen Eingangsknotenpunkt 86 zum
Verstärker 88, der den an den Fotoemitter 28 abgegebenen
Strom reguliert, ein Satz von Widerständen 87
angeschlossen worden, die mit so vielen logischen
Ausgängen der Datenverarbeitungseinheit (CPU) 4 verbunden
sind, die ein Hochschieben des Regulierungssignals für
die Stromemission gestatten, abhängig davon, wie viele
Widerstände eingesetzt worden sind.
Durch sequentielles Ein- und Ausschalten der Fotoemitterdiode
28, die über die Verbindungsleitung 61 und das
Gatter 89 durch die Einheit 5 angesteuert ist, wird die
Modulation des Lichts durch die Schaltung 3 erhalten,
die es gestattet, die Wirkungen der Störung durch Umgebungslicht
auszuschalten.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist die
Einheit 12 zur Detektion der Moir´-Fehler gemäß dem
Blockdiagramm von Fig. 7 aufgebaut.
In der Schaltung ist das Eingangssignal durch die von
der Verbindungsleitung 90 erhaltenen abgetasteten Werte
der Abweichungen vom mittleren Durchmesser gebildet.
Die abgetasteten Werte werden in einer bestimmten Anzahl
von integrierenden Zählern 91 entsprechend einer
Sequenz addiert oder subtrahiert, wobei die Zähler über
die Verbindungsleitungen 94 des Datenzuordners 95 angesteuert
werden, der periodisch als erstes ein Subtrahieren
von Z sequentiellen abgetasteten Werten und
dann die Summation weiterer Z aufeinanderfolgender
abgetasteter Werte und dann eine Wartezeit ohne das
Ausführen von Operationen während einer solchen Anzahl
von Abtastungen vorsieht, als Neustart des Subtraktionszyklus
nach Vorbeilauf einer Garnlänge entsprechend
einer Rotorumdrehung, nämlich gleich, aber nicht
notwendigerweise gleich der Abwicklung des Innendurchmessers
desselben Rotors.
Bei jedem Integrator 91 beginnt die Sequenz außer Phase
in bezug auf die vorherige Sequenz von Z Proben bzw.
Abtastungen, und die Anzahl der Integratoren wird auf
der Basis der Anzahl von Probennahmen Z pro Schritt und
der Abwicklung des Durchmessers des Rotors bestimmt, um
nicht irgendeine Probennahme zu verlieren und somit
die gesamte Garnlänge zu kontrollieren.
Diese Sequenz wird für eine Garnlänge entsprechend
einigen Metern wiederholt.
Am Ende der Sequenz wird das Ausgangssignal von jedem
Zähler auf zwei Komparator-Verknüpfungsglieder 92 und
93 gegeben, wo es jeweils mit einem Schwellenwert für
eine Moir´-Vorwarnung entsprechend einem nicht akzeptablen
Pegel 95 von Moir´-Fehlern verglichen wird.
Im Fall, daß einer dieser Schwellenwerte überschritten
wird, wird jeweils ein Signal zur Moir´-Vorwarnung über
die Verbindungsleitung 56 oder zum Anhalten der Maschine
über die Verbindungsleitung 55 erzeugt, das zur
Leitelektronik 10 für die Webeinheit gesandt wird.
Die durch die Schaltung von Fig. 7 ausgeführte Funktion
gestattet als Erläuterung eine Definition der Schaltung
als "Digitalfilter", was aus der Diskretisierung der
Gleichung zur Berechnung der Fourier-Koeffizienten
hervorgeht.
Der Fourier-Koeffizient kann mit angenäherten, aber für
den Zweck der vorliegenden Geräteausstattung ausreichenden
Resultaten berechnet werden, indem die Gleichung (I)
diskretisiert wird, nämlich indem den Integrationsdifferentialen
dx Fertigwerte Δ x zugeordnet werden,
die im vorliegenden Fall gleich λ/2 gemacht werden,
wobei in der Gleichung (I) λ eine bekannte Wellenlänge,
deren Inhalt als Amplitude in einem Signal f(x), wie
z. B. der Kurve 97 in Fig. 8, die die "Durchmesser"-
Funktion des geprüften Garns darstellt, als Koeffizient
a λ gesucht wird.
Auf diese Weise kann, wie in Fig. 8 in der Kurve 98
veranschaulicht ist, der Term
die Werte "-1" oder "+1" annehmen, und das Integral
wird in dem Fall, daß die Funktion f(x) eine
Abtastfunktion für jede Garnlänge gleich
ist, die Summierung der Proben 108 mit Vorzeichen "-"
oder dem Vorzeichen "+" (vgl. die stufenförmige Linie
99), die alle λ/Z Garnlängen oder Z-Proben berechnet
wird.
Die diskretisierte Berechnungsgleichung nimmt somit
gemäß einem Merkmal der Erfindung die folgende Form an:
Ausgehend von der Beobachtung, daß bei der Bildung des
Moir´-Fehlers (Fig. 9) ein Schmutzklumpen im Rotor der
Offen-End-Maschine eine kleine Verdünnung 103 im Garn
100 bewirkt, ist dann eine lokalisierte Fadenverdickung
102 sehr klein, deren harmonischer Inhalt (Kurve 101)
auf eine Wellenlänge λ = πD bezogen ist, wobei D der
Durchmesser des Rotors der Offen-End-Maschine ist, wie
durch den kleinen Wert des Verhältnisses zwischen den
Flächen entsprechend den Abschnitten der obigen
Abschnitte 102 und 103 in bezug auf die Flächen 104 und
105 offensichtlich ist. Um die Feststellung zu erzielen,
ist gemäß einem Merkmal der Erfindung die Vorrichtung
zur Ausführung der Integration der Signale
über kurze Zeitperioden (stufenartige Linie 106)
entsprechend 2Z Proben verwendet worden, wobei die
Integration eine Unterbrechungseinrichtung für eine
bestimmte Zeitperiode ist und mit Periodizität wieder
gestartet wird, wobei das ganze n mal wiederholt wird.
Wenn der Defekt bzw. Fehler vollständig in Phase mit
diesem Filter auftritt und die Anzahl n groß genug,
üblicherweise 16 mal, ist, ist das Ergebnis hochempfindlich
und es können mit ihm Fehler in ihrem
Anfangsstadium festgestellt werden.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Lösung des Phasenproblems anzugeben.
Indem im Digitalmodus gearbeitet wird, wird erzielt,
daß eine Anzahl von Integratoren parallel arbeiten, die
sämtlich in bezug aufeinander um Z′ Abtastperioden
außer Phase sind, um die gesamte Wellenlänge λ = πD
abzudecken.
Jeder dieser Integratoren führt die Operation der
Formel (II) aus und derjenige, der das höchste Ergebnis
liefert, legt fest, daß (a) dieses der Integrator in
Phase ist und (b) das erhaltene Ergebnis die annähernde
Amplitude des Defekts darstellt.
Das erhaltene Ergebnis a λ max wird mit zwei Schwellenwerten
verglichen, die den höheren nicht akzeptablen
Moir´-Pegel, der ein Anhalten des Webens erforderlich
macht, und den niedrigeren akzeptablen Moir´-Pegel darstellen,
der bereits feststellbar ist, so daß ein
Fortsetzen des Webens möglich ist, aber ein Reinigen
des Rotors bei der ersten für diesen Zweck beabsichtigten
Verstellung der Einheit vorgesehen ist.
Es ist ein charakteristisches Merkmal der Erfindung,
daß dieser zweite als "Moir´-Vorwarnung" bezeichnete
Schwellenwert und das gesamte entwickelte Verfahren zur
Erzielung von Ergebnissen vorliegen, die präzise genug
sind, um den zweiten Schwellenwert zu rechtfertigen.
Eine bessere Näherung der Berechnung der Amplitude des
Defekts würde das Vorhaben erforderlich machen, das
indessen in der Einheit 14 zur Feststellung des
Spektrogramms gefordert wird und darin besteht, das Arbeiten
eines zweiten einem jeden der bereits erwähnten
Integratoren zugeordneten Integrators außer Phase von
Z′/2 Probennahmen (vgl. Welle 109 in Fig. 9) zu
bewirken und den Term
entsprechend der Amplitudengröße der beiden Koeffizienten
a λ und b λ zu berechnen, die von den beiden
Integratoren erhalten worden sind, die Probennahmen um 90°C
außer Phase ausführen und somit auf Sinus und Cosinus
entsprechend Fourier Bezug nehmen und die die exakte
Amplitude des Defekts unabhängig von dessen Phase in
bezug auf die der Integratoren liefern würden.
Für den Moir´-Defekt ist diese Vorgehensweise nicht
erforderlich, da kleine Phasenverschiegungen zwischen
der theoretischen Abtastperiode πD und dem tatsächlichen
Gleiten des Garns die Aufgabe erfüllen, einen
der Integratoren rasch in Phase zu bringen, und somit
das mögliche Moir´-Signal zu detektieren.
Was die Geschwindigkeit der Detektion anbelangt, ist,
soweit bei diesem System die Probennahmenperioden z. B.
16 sind und der Wert πD z. B. um 0,2 m liegt, zur
Detektion des Moir´-Werts die Kontrollprüfung von z. B.
3,2 m (± als Funktion von πD, was sich z. B. im Bereich
von 0,1 m bis 0,3 m ändern kann) oder etwa mehr ausreichend,
wenn das Signal nicht in Phase ist, während
gemäß dem Stand der Technik, bei dem kein digitales
Fourier-abgeleitetes Filter verwendet wird, zur
Detektion hoher Moir´-Pegel die Analyse von 30 bis 50 m
Garn vorgesehen wird (eine Größenordnung mehr als gemäß
der Erfindung).
Dieses Merkmal ist für die Erfindung sehr wesentlich,
da es einen theoretischen Wirkungsgrad der Anlage mit
sich bringt, der besser als derjenige ist, der durch
die bekannten Erfassungseinrichtungen erzielt werden
kann.
Der Unterschied besteht darin: Erfindungsgemäß werden
nach einem Moir´-bedingten Anhalten lediglich einige
Meter Garn auf den Konus aufgewunden, der während des
Normalbetriebs der automatischen Rotorreinigung ohne
irgendwelche Wartungsarbeiten durch den Operator entfernt
werden kann.
Nach dem Anhalten durch die bekannten Erfassungseinrichtungen
ist eine auf dem Konus aufgewickelte Garnmenge
vorhanden, die 30 bis 100 m sein kann, und die
nicht automatisch, sondern lediglich durch den Operator,
entfernt werden kann.
Sämtliche Arten von Defekten, die nicht automatisch
behoben werden können, führen dadurch, daß die
Wartungsarbeiten durch den Operator vermehrt werden, zu
einer Reduktion der Anzahl der Webköpfe pro Operator
oder in jedem Fall zu einer geringeren Produktivität
pro Operatorwartung.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung setzt sich
eine Einheit 10, die die Feststellung einer Unregelmäßigkeit
in der Form eine %-Variations-Koeffizienten
(%VC) liefert, aus Schaltungsblöcken zusammen, wie sie
in Fig. 10 veranschaulicht sind.
Ein Zähler 127, der die eingegebenen Werte auf die
zweite Potenz anhebt, empfängt zwei Signale, von denen
eines durch die Werte der Abweichungen vom mittleren
Durchmesser gebildet ist, die vom Subtrahier-
Verknüpfungsglied 60 über die Verbindungsleitung 90
kommen, und das andere, das subtrahiert wird, durch den
Mittelwert der Werte derselben Abweichungen gebildet
ist, die durch die Einheit 15 zur automatischen
Korrektur der Null berechnet, über die Verbindungsleitung
40 empfangen und durch den Operator 128 mal mit
dem Reduktionsfaktor 2/√ multipliziert worden sind.
Die Operation der Summenbildung wird auf eine Anzahl
von Probennahmen entsprechend 150 m Garn ausgedehnt,
wonach das Ergebnis vom Zähler 127 durch den Komparator
130 mit einem Maximalpegel-Grenzwert des akzeptablen
Koeffizienten %VC verglichen wird, woraufhin vom
Komparator 130 nach Überschreiten des Grenzwerts ein
Stoppsignal aufgrund des Überschreitens von %VC ausgegeben
wird, das der Leitelektronik 10 der Webeinheit
über die Verbindungsleitung 55 übermittelt wird, während
der Ausgangswert längs der Verbindungsleitung 54
zur Haupteinheit 9, mittels der Interfaceeinheit zur
seriellen Leitung 8 abgegeben wird.
Was die zuvor beschriebenen Operationen anbelangt, ist
der durch das veranschaulichte Diagramm ausgewählte
Algorithmus der theroretische:
entsprechend der Berechnung der mittleren Standardabweichung.
Im Zähler 127 wird zu jeder Abtastung bzw. Probennahme
der Wert der auf die zweite Potenz angehobenen Abweichung
für eine Gesamtabtastung entsprechend 150 m
addiert.
Schließlich ist ein Gesamtwert verfügbar, aus dem die
Quadratwurzel nicht gezogen wird, da die Berechnung der
zweiten Potenz des Grenzwerts 129, multipliziert mit
der Anzahl der Probennahmen äquivalent und weniger
beschwerlich ist, um die beiden Zahlen miteinander
vergleichbar zu machen.
In der Haupteinheit hingegen, die große Rechenkapazitäten
besitzt, werden die Daten normiert und die
Quadratwurzel wird gezogen, um die theoretischen Daten
in Prozent des Variationskoeffizienten (%VC) anzuzeigen
und die Mittelwerte der gesamten Produktion auszuführen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung gestattet die Schaltung,
die einen Bruchteil gleich 2/√ des Werts der
mittleren Abweichung über eine bestimmte Länge ist, die
durch die Einheit 15 zur automatischen Null-Korrektur
verarbeitet wird, eine präzisere Berechnung von %VC.
Während des Betriebs der Erfassungseinrichtung können
die Werte der Meßinstrumente durch einen kleinen Fehler
aufgrund der Verschmutzung, der thermischen Drift etc.
beeinträchtigt sein, der bei jeder bestimmten Garnlänge
durch die Schaltung zum Verfolgen bzw. Nachsteuern des
mittleren Durchmessers durch die Korrektur der Emission
wiedergewonnen wird.
Der Fehler kann die Berechnung des %VC-Koeffizienten
verzerren. Die obige zusätzliche Schaltung eliminiert
diesen Fehler genau unter der Hypothese, daß die
Null-Versetzung mit der Zeit linear ist, während der
multiplizierende Faktor 2/√ die integrierten Werte des
Mittelwerts der Abweichungen mit dem Mittelwert der
Quadrate der Abweichungen gemäß einer offensichtlichen
mathematischen Beziehung (deren Rechtfertigung
fortgelassen wird) homogen macht, wobei von dem Mittelwert
der Quadrate der Abweichungen die integrierten Werte
nach einem vorläufigen Anheben auf die zweite Potenz
subtrahiert werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die
Spektrogramm-Verarbeitungseinheit 14 gemäß dem
Schaltungsfunktionsdiagramm von Fig. 11 ausgestattet.
Zwei Integrator-Zähler 111 und 112 empfangen als
Eingangssignal die abgetasteten Werte der Abweichungen
vom Mittelwert, die vom Subtrahier-Verknüpfungsglied 60
längs der Verbindungsleitung 90 gemäß einer Sequenz
kommen, die durch die vier Gatter 113, 113′, 114 und
114′ sichergestellt ist, von denen jeweils eines und
nacheinander durch die Zuordnungsrichtung 115
freigegeben ist, während ein Operator 116 das
Vorzeichen des Signals ändert, das in die beiden Gatter
113 bzw. 113′ eintritt, so daß entsprechend den obigen
Gattern der obige der abgetasteten Werte vom Inhalt der
Zähler subtrahiert wird.
Am Ende einer geeigneten Sequenz der Operationen wird
das Ausgangssignal von den Zählern 111 und 112 zu zwei
Dividierern 117 ausgegeben, die das Signal durch Division
des Ergebnisses durch die Anzahl der erreichten
Abtastungen und durch den Faktor 0,45 auf denselben
Maßstab wie die abgestasteten Werte der Abweichungen
normieren, so daß zwei Werte erhalten werden, die im
Sinus und im Cosinus den beiden Fourier-Koeffizienten
gleich sind.
Die Ausgangssignale der Werte werden dann als Eingangssignale
in zwei Operatoren 118 eingegeben, die sie
quadrieren, und die jeweiligen Ausgangssignale werden
im Addier-Verknüpfungsglied 119 addiert, von dem dann
das Quadrat des Amplitudenwerts der beiden Koeffizientenergebnisse
erhältlich ist.
Der quadrierte Amplitudenwert wird über die
Verbindungsleitung 54 und das Interface 8 zur Haupteinheit 9
übermittelt und weiter mittels des Komparator-
Verknüpfungsglieds 120 mit einem Schwellenwert 121
verglichen, der den Grenzwert einer periodischen Irregularität
darstellt, jenseits von dem die Schaltung ein
Stoppsignal über die Verbindungsleitung 55 erzeugt.
Die Erläuterung der Operation als Spektrumdetektor der
in Fig. 11 gezeigten offenbarten Schaltung und die
Rechtfertigung des durch eine so einfache Einrichtung
erzielten Näherungsgrades setzt einige Vereinfachungen
und Hypothesen voraus, die charakteristische Merkmale
des gefundenen Systems sind.
Die erste Vereinfachung besteht darin, das hypothetisch
angenommen wird, daß der harmonische Inhalt über die
gesamte Prüfung des Garns konstant ist, so daß eine
sequentielle Durchführung der Analyse mit einer
Frequenz, d. h. einer Wellenlänge, gleichzeitig möglich
ist.
Diese Näherung, selbst wenn sie von einem wissenschaftlichen
Standpunkt her nicht exakt ist, ist gut
annehmbar, um die Qualität des Garns festzulegen. Es
ist in der Tat nicht gesagt, daß ein gemäß augenblicklich
gültigen Standards gebildetes perfektes Spektrogramm
durch parallele Prüfung des harmonischen Inhalts
einer einzigen Abtastung von 150 m Garn die Qualität
einer großen Garn-Charge besser anzeigt als das
Spektrogramm gemäß der Erfindung, das für jede Wellenlänge
einen Bezug auf festgelegte Garnlängen hat, aber
über die Konuslänge fortgesetzt wiederholt werden kann.
Es ist dabei weiter möglich, die Ergebnisse mit einer
Enddarstellung zu mitteln, die besser als die des
Standards ist.
Eine zweite Vereinfachung besteht darin, daß die zu
prüfenden Wellenlängen nicht gemäß einer homogenen
Verteilung und mit konstanten Abständen auf
logarithmischer Skala, sondern gemäß Mehrfachen der
Abtastzeitperioden mit den Ergebnissen einer nicht
konstanten Verteilung des Empfindlichkeitsgrads auf
einer und der anderen Wellenlänge bestimmt werden.
Für die unter dieser Annahme bewirkte Näherung gilt,
was auch für die vorhergehenden festgestellt worden
ist.
Indem angenommen wird, was zur Diskretisierung der
Formeln zur Berechnung der Fourier-Koeffizienten für
die %VC-Berechnung festgestellt worden ist, ist das
Spektrogramm über die Offenbarung in Fig. 8 hinaus
verbessert worden.
Im Fall eines Spektrums muß die Amplitudengröße in der
Tat erstellt werden, da die Phase der Unregelmäßigkeiten
in bezug auf die Filterphase nicht bekannt ist,
so daß eine Berechnung der Fourier-a λ 's und der -b λ 's
erforderlich ist, um den Amplitudenwert abzuleiten von:
Indem das Digitalfilter von Fig. 8 verwendet wird, ist
die Funktion "r" in der Gegenwart einer konstanten
Amplitudengröße als Funktion der Phase variabel, selbst
wenn um wenig.
Das in Fig. 11 gezeigte Filter hingegen erreicht durch
Ausführung der Summenbildung in den beiden Zählern 111
und 112 unter Berücksichtigung des Vorzeichenverlaufs,
wie durch die stufenartige Linie 122 und 123 in Fig. 12
dargestellt ist, das Ergebnis, daß eine konstante Funktion r
mit sich ändernder Signalphase und exakt gleich
dem aktuellen Amplitudenwert des untersuchten Signals
erzielt wird.
In diesem Filter ist die Wellenlänge λ gleich 4·Z·m,
wobei Z die Anzahl der Probennahmen bzw. Abtastungen
pro Phase und m die Länge entsprechend einer Abtastung
ist.
Die Wellenlängen λ des Filters werden erhalten, indem
zu Z Werte gegeben werden, die entsprechend einer solchen
Tabelle erhöht werden, um beispielsweise
64 Z-Werte zu erhalten, wobei die Wellenlängen im Bereich
von 4 cm bis 64 m liegen.
Gemäß einem nicht einschränkenden Merkmal der Erfindung
gestattet eine spezielle Auswahl des Wertes der Länge
m = 2,5 mm
die numerische Koinzidenz der Werte von Z, der Anzahl
von Abtastungen pro Phase, mit der Wellenlänge in cm
des verknüpften Filters zu erhalten.
Die Formeln zur Berechnung der Koeffizienten nehmen die
Form an:
Zur Auswahl von n gilt die Gesetzmäßigkeit, daß sich
die Selektivität mit zunehmendem n erhöht; n kann
jedoch nicht bis zu einer bestimmten Grenze erhöht
werden, da die Sequenz der Wellenlängen λ diskret ist
und nicht dem Sammeln eines Signals entsprechen würde,
wenn die tatsächliche Wellenlänge des Defekts zwischen
zwei tabellenmäßig erfaßten Wellenlängen liegt.
Für die praktischen Anforderungen der Textilindustrie
sollte n in der Nähe von 8 (z. B. 6-10) ausgesucht
werden.
Der Normierungsfaktor
setzt sich aus einem Faktor 2,22 zusammen, dessen Reziprokwert
0,45 ist, was das Verhältnis der Fläche 124
zur Fläche 125 in Fig. 12 ist, und aus der Gesamtzahl
der Abtastungen 4·nZ.
Die Rechtfertigung hierfür ist fortgelassen, da sie
aufgrund der Tatsache elementar ist, daß dieser
Normierungsfaktor ein Erhalten der Fourier-
Koeffizienten im selben Maßstab wie der abgetasteten Werte
der Abweichungen gestattet.
Ein letztes Merkmal der Erfindung ist durch die Vorrichtung
für den maximalen Grenzwert des Fourier-Amplitudenwerts
gebildet, wie sie im Diagramm der Fig. 11
ausgeführt ist und eine Alternative zum Abfangen oder
Unterbrechen vom Moir´-Defekten in bezug auf das
Diagramm der Einheiten 12 gestattet, die zum Anhalten
von Moir´-Defekten mit einer bestimmten Intensität
während der Verarbeitung des Spektrogramms nützlich
ist, wobei in diesem Fall eine Parallelverarbeitung
auch der speziellen Einheiten zur Feststellung von
Moir´-Defekten 12 nicht möglich ist.
Die Erfindung läßt sich folgendermaßen zusammenfassen:
Sie betrifft eine optische Erfassungseinrichtung für
Fadenverdickungen, die besonders für das Offen-End-
Vefahren geeignet ist und einen speziellen optischen
Kopf für die Messung des Garndurchmessers aufweist,
dessen Analogsignal von Störungen aufgrund von
Umgebungslicht gesäubert wird, durch eine Grundkompensations-
und Normiereinheit normiert und dann digitalisiert
wird, wobei die Einrichtung mit einer Detektoreinheit
zur Feststellung der Moir´-Defekte, mit
einer Detektoreinheit zur Feststellung der %VC-
Unregelmäßigkeiten und einer Einheit zur Spektrogrammverarbeitung
versehen ist. Die Erfassungseinrichtung
für Fadenverdickungen ist auch mit einer Einrichtung
zur Kompensation von Verschmutzung, thermischen Driften
und des Alterns des Kopfes ausgestattet.
Claims (9)
1. Optische Erfassungseinrichtung für Fadenverdickungen,
-fehler und -eigenschaften, insbesondere für
eine Webeinheit vom Offen-End-Typ, bei der ein optischer
Kopf zur Messung des Durchmessers des untersuchten
Garns ein zu dem Durchmesser proportionales Signal
liefert, das zur Kontrolle des Garns und zur Bestimmung
seiner Fehler und Eigenschaften verwendet wird, mit
einem Zeitgeber- und Sequenzgenerator (5), einem
8-Bit-Analog/Digital-Wandler (6), einer die Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung personifizierenden Block
(7) vom Typ mit Widerständen, einer Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung-Adressen-verarbeitenden Einheit
(24), einer Einheit (23) zur Voreinstellung des
mittleren Referenz-Durchmessers, einem Subtrahier-
Verknüpfungsglied (60), einer Interfaceeinheit (8) zu
einer seriellen Leitung (11) für die Verbindung mit
anderen Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtungen,
wobei auch eine Haupteinheit (9) mit der seriellen
Leitung über eine weitere Interfaceeinheit (8) verbunden
ist, einer Einrichtung für die Verbindung mit
der Leitelektronik (10) für die Webeinheit, einer
Datenverarbeitungseinheit (4) sowie einer Zählsteuereinheit
(16), einer Einheit (17) zur Berechnung des
Einheitsdurchmessers, einer Einheit (19) zur
Feststellung einzelner Defekte mit einer gewissen Ausdehnung
(kurze Defekte), einer Einheit (20) zur
Berechnung des Wirkungsgrades, einer Einheit (21) zur
Erfassung von Knotenketten, einer Einheit (22) zur
Erfassung der Defekte mit großer Länge und einer Einheit
(26) zur Erfassung der vollen Füllung des Konus,
gekennzeichnet durch eine Einheit (3) zur
Kompensation von Störungen durch Umgebungslicht und zur
Signalnomierung, eine Einheit (12) zur Erfassung der
Moir´-Defekte, eine Einheit (13) zur Erfassung der %VC-
Unregelmäßigkeiten, eine Spektrogramm-verarbeitende
Einheit (14), eine Einheit (15) zur automatischen Null-
Korrektur und eine Einheit (2) zur Modulation des
Lichtes vom Emitter des optischen Kopfes, die mit einem
Digital/Analogwandler versehen ist.
2. Optische Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der optische Meßkopf (1) aus einem U-förmigen Block
(46) aus Kunststoff oder Glas gebildet ist, der für das
von einem an einem Ende eines Schenkels des "U" von
einem Fotoemitter (28) ausgesandte Licht (47) einen
langen optischen Pfad bildet, während der Fotoempfänger
(32) am Ende des anderen Schenkels angeordnet ist,
wobei das Licht zweimal durch glatte reflektierende
Oberflächen (48, 49) um 45°C umgelenkt wird, bevor es
durch das optische Fenster (33) für die Garndetektion
durchtritt, und daß die Fotoemitter und Fotoempfänger
im Inneren eines Materialblocks eingebettet sind, der
die Temperatur der beiden Bauteile gleich halten kann.
3. Optische Fadenverdickungs-Erfassungeinrichtung nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einheit (3) zur Kompensation der
Störungen durch Umgebungslicht und zur Signalnormierung
durch eine Verstärkerschaltung gebildet ist, auf deren
Eingang das vom optischen Meßkopf (1) ausgesandte Signal
gegeben wird und deren Ausgang mit einem Chopper
verbunden ist, der das verstärkte Signal entsprechend
dessen Minimum-Werten abtastet, die in positiver Rückkoppelung
dem Verstärker (57) zugeführt werden, um zu
verhindern, daß er gesättigt wird, wobei der Ausgang
des Verstärkers auch über einen den Gleichstromanteil
eliminierenden Kondensator (67) und nach der vorläufigen
Verschiebung des Signals auf einen vollständig
positiven Pegel durch eine mit Erde verbundene Diode
(68) mit einem zweiten Chopper verbunden ist, der die
Abtastung des Signals entsprechend dessen maximalen
Werten durchführt, die mittels eines mit Erde
verbundenen Kondensators (71) im Pegel ausgeglichen als
Eingangssignale einem zweiten Operationsverstärker (72)
zugeführt werden, der in Rückkoppelung durch sein
Ausgangssignal gesteuert wird, zu einem Bruchteil des vom
ersten Chopper abgetasteten Signals addiert werden, das
zuvor mittels eines geerdeten Kondensators (65) im
Pegel ausgeglichen worden ist, um die durch Umgebungslicht
verursachte Änderung im Signal auszuschalten, wobei
der Ausgang des zweiten Verstärkers (72) wiederum
mit dem Eingang eines dritten invertierenden (NEIN)-
Verstärkers (75) verbunden ist, der auf einem vorher
festgelegten Polarisationspegel polarisiert ist und in
Rückkoppelung durch einen Satz von parallel zueinander
angeschlossenen Widerständen (76) gesteuert wird, die
auf Befehl eingefügt werden können und deren Werte
entsprechend geordnet sind und sich um Potenzen von 2
erhöhen.
4. Optische Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einheit (12) zur Detektion
der Moir´-Defekte durch eine Reihe von Zählern (91)
gebildet ist, zu deren Eingängen die zum Subtrahier-
Verknüpfungsglied (60) angekommenen abgetasteten Werten
der Abweichungen vom mittleren Durchmesser gesandt
werden, wobei die Zähler durch eine Zuordnungseinrichtung
(91) zur Summierung einer bestimmten vorher
festgelegten Anzahl von sequentiellen abgetasteten
Werten und zur anschließenden Subtraktion einer gleichen
Anzahl sequentieller Werte gesteuert sind, um die
obigen Operationen mit einem vorher festgesetzten Takt
gleich der Länge von Garn zu wiederholen, die während
einer Umdrehung des Offen-End-Rotors abgewickelt wird,
und zur Wiederholung der Abtastung für eine bestimmte
vorher festgesetzte Anzahl von Malen, wobei jeder
Zähler weiter freigegeben ist, um mit einer Verzögerung
in bezug auf den vorhergehenden Zähler zu arbeiten,
gleich der obigen vorher festgelegten Zahl
sequentieller abgetasteter Werte, wobei sein
Ausgangssignal mit zwei Schwellenwerten verglichen wird,
entsprechend denen eine Vorwarnung bzw. ein Anhalten
der Maschine wegen der Moir´-Defekte auftritt.
5. Optische Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Einheit
(13) zur Erfassung der %VC-Unregelmäßigkeit einen
Quadrierzähler (127) umfaßt, auf dessen Eingang die
abgetasteten Werte der Abweichungen vom Mittelwert
gegeben werden und dessen Ausgangssignal die Summe der
Quadrate der Werte längs einer vorbestimmten Garnlänge
darstellt und jeweils zu einem Komparator (130), in dem
es mit einem Schwellenwert für die Akzeptabilität
verglichen wird, um ein Stopp-Signal aufgrund eines
Überschreitens einer %VC-Unregelmäßigkeit zu ergeben,
und zu einer Einheit (8) zur seriellen Schnittstellenbildung
zur Haupteinheit (9) gegeben wird, dadurch
gekennzeichnet, daß auf den Eingang des
Quadrierzählers (127) auch das Ausgangssignal eines
Operators (128) gegeben und subtrahiert wird, der das
Eingangssignal, das durch das lineare Mittel der abgetasteten
Werte der Abweichungen vom mittleren Durchmesser,
über eine vorbestimmte Garnlänge ausgeführt,
gebildet ist, mit einem vorher festgesetzten Wert von
2/√ multipliziert.
6. Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
das die Spektrogramm verarbeitende Einheit (14)
durch zwei integrierende Zähler (111, 112) gebildet
ist, auf deren Eingang die abgetasteten Werte der
Abweichung vom mittleren Durchmesser über vier Gatter
(113, 113′, 114, 114′) gegeben werden, von denen
jeweils eines in einer zyklischen Sequenz durch eine
Zuordnungseinrichtung (115) geschlossen ist, wobei zwei
der Gatter durch ein NICHT-Element verbunden sind,
wobei die Ausgänge der integrierenden Zähler jeweils
mit dem Eingang eines Dividier-Verknüpfungsglieds (117)
verbunden sind, das eine Division durch einen konstanten
Wert ausführt, der zur Gesamtzahl der detektierten
abgetasteten Werte proportional ist und dessen
Ausgangssignal wiederum auf den Eingang eines Quadrier-
Verknüpfungselements (118) gegeben wird, wobei die
Ausgangssignale der beiden Quadrier-Verknüpfungsglieder
zusammenaddiert werden und die Summe jeweils einer
seriellen Interfaceeinheit (8) zur Haupteinheit (9) und
zu einem Komparator (120) gegeben wird, wo sie mit
einem vorher festgelegten Grenzwert verglichen wird, um
den Webvorgang im Fall einer übermäßigen Unregelmäßigkeit
anzuhalten.
7. Optische Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einheit (15) zur automatischen
Null-Korrektur durch einen integrierenden Zähler
(78) gebildet ist, auf dessen Eingang die abgetasteten
Werte der Abweichung vom mittleren Durchmesser gegeben
werden und dessen Ausgang mit einem Komparator
verbunden ist, in dem die Summierung sämtlicher abgetasteter
Werte, die sich auf eine vorher festgelegte Länge
beziehen, verglichen wird; einerseits mit einem Grenzwert,
wobei der Ausgang des Komparators wiederum mit
einem Gatter (80) verbunden ist, das den Ausgang des
Zählers mit dem Eingang eines Multiplizier-Verknüpfungsglieds
(81) verbindet, dessen anderer Eingang mit
der Einheit (17) zur Berechnung des Einheitsdurchmessers
verbunden ist, während der Ausgang des Multiplizier-
Verknüpfungsglieds mit einem Vorzeichen-
Diskriminator (82) verbunden ist, dessen beide Ausgänge
mit dem an Digital/Analogwandler der Einheit (2) zur
Modulation des vom Fotoemitter (28) der Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung emittierten Lichts
verbunden sind; und wobei andererseits der Ausgang des
Multiplizier-Verknüpfungsglieds mit der Durchmesser(Zähl)-
Steuereinheit der Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
verbunden ist.
8. Optische Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die mit einem Digital/Analogwandler
versehene Einheit (2) zur Modulation des Lichts
vom Emitter (28) durch einen Integrator gebildet ist,
der bei einem vorher festgelegten Spannungswert polarisiert
ist, an dessen Eingang der Mittelpunkt zweier in
Reihe angeschlossener Gatter (84, 85) angeschlossen
ist, an die eine positive Spannung angelegt ist, deren
Wert das Doppelte der obigen Polarisationsspannung ist,
und die durch die Einheit (15) zur automatischen Null-
Korrektur der optischen Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
angesteuert sind, wobei der Ausgang des
Integrators mit einem Regelglied für den zugeführten
Strom zum optischen Meßkopf (1) der Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung verbunden ist, dessen Eingangspegel
durch eine Einrichtung aus einem Satz von
parallel angeschlossenen Widerständen (87) polarisiert
ist, die mit den logischen Ausgängen der Datenverarbeitungseinheit
der Fadenverdickungs-Erfassungseinrichtung
verbunden sind, während ihr Ausgang durch
eine Gatterschaltung gechoppt wird, die durch den
Zeitgeber und Sequenzengenerator (5) der Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung gesteuert wird.
9. Verwendung der optischen Fadenverdickungs-
Erfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8
für eine Offen-End-Maschine.
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