EP0650915A1

EP0650915A1 - Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität von Garnspulen und Verwendung der Vorrichtung an einer Spul- oder Spinnmaschine

Info

Publication number: EP0650915A1
Application number: EP94116148A
Authority: EP
Inventors: Alfred Aschmann; Rolf Hensel; Hans Dr. Wampfler
Original assignee: Zellweger Luwa AG
Current assignee: Zellweger Luwa AG
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1995-05-03
Anticipated expiration: 2014-10-13
Also published as: CN1106536A; JPH07172699A; DE59409633D1; CN1079776C; CH686779A5; EP0650915B1; ATE198587T1; US5636803A

Abstract

Die Vorrichtung enthält eine Anzahl von Sensoren (15), die dezentral an einer Spinn- oder Spulmaschine angeordnet und zur online Überwachung der Wickelqualität während der Herstellung der Spulen (4) vorgesehen sind. Jeder Sensor (15) enthält eine Lichtquelle, eine Beleuchtungs- und eine Abbildungsoptik und einen Detektor. Die Sensoren (15) sind vorzugsweise auf den Spulenwechslern (5) montiert. Verwendung an mit einer elektronischen Garnreinigungsanlage (12, 13, 14) ausgerüsteten Spinn- oder Spulmaschinen unter gegenseitiger Verknüpfung der Messsignale. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität von Garnspulen, mit einem Sensor, der eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines Teils der Oberfläche einer Garnspule, Mittel zur Abbildung des beleuchteten Teils auf einen Detektor, und eine Auswerteschaltung für die vom Detektor erzeugten Signale aufweist.
Eine aus der DE-A-42 16 729 bekannte Vorrichtung dieser Art ist als Prüfkammer ausgebildet, innerhalb von der durch CCD Kameras gebildete Flächen- oder Bildsensoren angeordnet sind. Die zu untersuchende Spule ruht bei der Untersuchung auf einem Ständer und wird von zwei Lichtquellen scheinwerferartig beleuchtet. Wie der DE-A-41 12 073 zu entnehmen ist, ist die Prüfkammer zentral für eine ganze Spinnerei im Bereich eines Zwischenlagers angeordnet. Das bedeutet, dass die Spulenprüfung zu einem Zeitpunkt erfolgt, wo eine unzureichende Wickelqualität nicht mehr korrigiert werden kann, sondern die betreffende Spule als Ausschuss ausgeschieden werden muss. Abgesehen davon kann mit dieser bekannten Vorrichtung nur der Zustand der äussersten Fadenlage der Spule kontrolliert werden und es sind keinerlei Aussagen über die Wickelqualität im Spuleninnern möglich. Es ist daher nicht auszuschliessen und es ist sogar wahrscheinlich, dass von dieser Vorrichtung als gut bewertete Garnspulen eine schlechte Wickelqualität aufweisen können.
Durch die Erfindung soll nun eine Spulenprüfvorrichtung angegeben werden, mit welcher die Wickelqualität möglichst der ganzen, zumindest aber eines grossen Teils der betreffenden Spule überwacht werden kann. Ausserdem sollte die Spulenvorrichtung so ausgebildet sein, dass eine schlechte Wickelqualität nicht unbedingt dazu führt, dass die betreffende Spule als unbrauchbar ausgeschieden wird, sondern dass korrigierende Eingriffe in die Spule möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Anzahl von Sensoren der genannten Art enthält, und dass diese dezentral an einer Spinn- oder Spulmaschine angeordnet und zur Überwachung der Wickelqualität während der Herstellung der Spule vorgesehen sind.
Bei der erfindungsgemässen Prüfvorrichtung ist also nicht eine einzelne, zentrale Prüfkammer vorgesehen, die zeitlich nach dem Spinn- oder Spulprozess mit den fertigen Spulen beschickt wird, sondern es sind viele dezentrale Sensoren an der Spinn- oder Spulmaschine vorhanden, die die Wickelqualität während der Herstellung der Spulen überwachen. Das bedeutet, dass die Wickelqualität auch im Spuleninnern überwacht wird, und dass korrigierende Eingriffe in den Herstellungsprozess möglich sind. Wenn man bedenkt, dass Rotorspinnmaschinen und Spulmaschinen an jeder Spinn- bzw. Spulposition einen elektronischen Garnreiniger aufweisen, dann eröffnet sich auch die Möglichkeit einer Verbindung der erfindungsgemässen Prüfvorrichtung für die Wickelqualität mit der Garnreinigungsanlage, woraus sich zusätzliche Qualitätsaussagen ergeben können.
Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung der genannten Vorrichtung an einer mit einer elektronischen Garnreinigungsanlage ausgerüsteten Spul- oder Spinnmaschine. Diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität und diejenigen der Garnreinigungsanlage unter gegenseitiger Berücksichtigung ausgewertet werden und ein funktioneller Zusammenhang zwischen beiden Einrichtungen hergestellt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Spinnerei/Spulerei, die mit einer Spulenprüfvorrichtung nach dem Stand der Technik ausgerüstet ist,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemässen Spulenprüfvorrichtung und von deren Positionierung im Spinn-/Spulprozess,
Fig. 3a, 3b: schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels des Sensors der Vorrichtung von Fig. 2,
Fig. 4a, 4b: schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels des Sensors der Vorrichtung von Fig. 2;
Fig. 5a, 5b: zwei Varianten eines dritten Ausführungsbeispiels des Sensors der Vorrichtung von Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Ringspinnmaschine und mit dem Bezugszeichen 2 ein Spulautomat bezeichnet. In der Spinnerei sind mehrere, beispielsweise je 40, Spinnmaschinen 1 und Spulautomaten 2 vorgesehen, und jede Spinnmaschine 1 und jeder Spulautomat 2 umfasst jeweils eine Anzahl von Spinn- bzw. Spulstellen. Auf den Spinnmaschinen 1 werden Spinnspulen 3 produziert, die durch ein Transportsystem zu den Spulautomaten 2 transportiert werden, wo die Spinnspulen 3 zu Kreuzspulen 4 umgespult werden. Wenn es sich nicht um eine Ring- sondern um eine Rotorspinnerei handelt, dann produzieren die Spinnmaschinen direkt Kreuzspulen und es sind keine Spulautomaten erforderlich.
Die vollen Kreuzspulen 4 werden durch einen Kreuzspulenwechsler 5 von den Spulautomaten 2 abgenommen und von einer Beladeeinrichtung 6 einer gestrichelt eingezeichneten Transporteinrichtung 7 übergeben. Die Transporteinrichtung 7 fördert die Kreuzspulen 4 in Pfeilrichtung bis zu einer Entladeeinrichtung 8, die die Kreuzspulen von der Transporteinrichtung 7 übernimmt und einer Prüfstation 9 zuführt. In der Prüfstation 9 wird der Zustand der Oberfläche der Fadenlagen der Wicklung visuell von einem Maschinenwächter und einer optischen Prüfeinrichtung geprüft. Spulen mit nicht akzeptierbaren Fehlern werden aussortiert und gelangen in einen geeigneten Behälter 10 für Ausschussware, und die Spulen geeigneter Qualität werden mit einem Etikett E versehen, sortiert und gelangen in ein Zwischenlager 11.
Diese Art der Kontrolle von Kreuzspulen in einer dem Produktionsprozess nachgeordneten, zentralen Prüfstation ist Stand der Technik und beispielsweise in der DE-A-41 12 073 beschrieben. Eine geeignete optische Prüfeinrichtung ist aus der DE-A-42 16 729 bekannt.
Das Kreuzspulprüfsystem nach der vorliegenden Patentanmeldung unterschiedet sich vom genannten Stand der Technik unter anderem dadurch, dass die Kontrolle der Kreuzspulen nicht mehr in einer dem Produktionsprozess nachgeordneten Prüfstation erfolgt, sondern während des Produktionsprozesses und zwar vorzugsweise im Bereich des Kreuzspulenwechslers 5. Im Hinblick auf die Minimierung der Kosten empfiehlt es sich, einen Wandersensor zu verwenden, der mehrere Spulpositionen bedient.
Der Wandersensor kann entweder auf dem Kreuzspulenwechsler, oder falls ein solcher nicht vorhanden ist, auf einer geeigneten Wandereinrichtung montiert sein. Auf einer Spulmaschine ist ein Kreuzspulenwechsler für 30 oder 60 Spulpositionen vorgesehen, auf einer Rotorspinnmaschine für circa 120 Spinnpositionen. Wenn man davon ausgeht, dass eine Spulmaschine für die Produktion einer Kreuzspule etwa 90 Minuten benötigt, dann wird, je nach Geschwindigkeit des Kreuzspulenwechslers, jede Spule während ihrer Herstellung etwa 50 bis 90 mal geprüft. Bei Rotorspinnmaschinen ist aufgrund der niedrigeren Produktionsgeschwindigkeit die Prüfhäufigkeit um das Zwei- bis Dreifache höher. Das ist auch im ungünstigsten Fall immer noch um Grössenordnungen mehr als beim Stand der Technik, wo praktisch nur die äusserste Fadenlage kontrolliert wird. Selbstverständlich kann auch auf jeder Spul- oder Rotorspinnposition ein eigener Sensor vorgesehen sein.
In Fig. 2 sind drei Kreuzspulen 4 dargestellt, die gerade mit Garn G bespult werden. Die Darstellung der Kreuzspulen 4 ist stark vereinfacht. Selbstverständlich ist an jeder Produktionsstelle eine Nutentrommel angeordnet, durch welche die jeweilige Kreuzspule angetrieben wird. Ausserdem ist vorzugsweise ein Sensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Nutentrommel und ein Sensor zur Bestimmung der Fadenverlagerung auf der Kreuzspule vorgesehen. Aus den Signalen der beiden Sensoren kann eine Sollgeschwindigkeit des Garns G abgeleitet werden. Die genannten Komponenten werden hier nicht näher erläutert; es wird in diesem Zusammenhang auf die US-A-5 074 480 verwiesen, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Das Garn durchläuft in bekannter Weise die Messköpfe 12 einer Garnreinigungsanlage, beispielsweise des Typs USTER POLYMATIC (USTER - eingetragenes Warenzeichen der Zellweger Uster AG). Eine derartige Garnreinigungsanlage enthält ein zentrales Steuergerät 13 und pro Messkopf 12 eine mit dem jeweiligen Messkopf 12 und mit dem Steuergerät 13 verbundene Auswerteeinheit 14. An das zentrale Steuergerät 13 sind bis zu 84 Auswerteeinheiten 14 angeschlossen.
Im Bereich der Spulstellen ist ein wandernder Kreuzspulenwechsler 5 angeordnet, der ständig neben einer bestimmten Anzahl von beispielsweise dreissig oder sechzig Spulstellen hin- und herwandert und die vollen Kreuzspulen 4 von der Spulmaschine 2 abnimmt und der Beladeeinrichtung 6 (Fig. 1) übergibt. Kreuzspulenwechsler dieser Art sind bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden. Wesentlich für den in Fig. 2 dargestellten Kreuzspulenwechsler 5 ist der Umstand, dass dieser neben der bekannten Mechanik für das Spulenhandling einen Sensor 15 zur Überprüfung der Wickelqualität der Kreuzspulen 5 enthält.
Dieser Sensor, der später anhand der Figuren 3 bis 5 erläutert werden soll, beleuchtet die Kreuzspulen 4 und bildet diese auf einen Detektor ab. Dessen Signale werden einer entsprechenden Auswerteschaltung 16 zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteschaltung 16 in der Art der Auswerteeinheit 14 der Garnreinigungsanlage ausgebildet und auf dem Kreuzspulenwechsler 5 montiert. Der Ausgang der Auswerteschaltung 16 ist mit einem zentralen Steuergerät, darstellungsgemäss mit dem Steuergerät 13 der Garnreinigungsanlage, verbunden.
Die Überprüfung der Wickelqualität der Kreuzspulen 4 hat zum Ziel, Wickelfehler der Kreuzspulen und damit fehlerhafte Produktionsstellen zu erkennen. Dadurch kann eine Spulenfehlerklassierung der Kreuzspulen 4 vorgenommen und die Spulen können mit entsprechenden Qualitätsdaten markiert werden. Die Markierung erfolgt vorzugsweise durch berührungslose Eingabe der Qualitätsdaten in einem an der Spule angeordneten, durch einen maschinell beschreib- und lesbaren elektronischen Speicherchip gebildeten Informationsträger, der das Etikett E der in Fig. 1 dargestellten Kreuzspule 4 ergänzen oder ersetzen würde.
Andererseits bietet das Spulenprüfsystem auch die Möglichkeit, bei Detektion eines Fehlers direkt in den Produktionsprozess einzugreifen und das fehlerhaft aufgespulte Garnstück herauszuschneiden (Spulmaschine) oder die Produktion an der betreffenden Rotorstelle zu unterbrechen (Rotorspinnmaschine). Für diese Zwecke ist es besonders vorteilhaft, wenn an der Spinn- oder Spulmaschine eine elektronische Garnreinigungsanlage vorhanden ist, weil dann die Eingriffe in den Produktionsprozess mit den entsprechenden Mitteln der Garnreinigungsanlage vorgenommen werden können. Fehlerhafte Garnstücke werden durch Vorgabe des Garnreinigers oder des Spulenprüfsystems durch die auf der Spul- und auf der Rotorspinnmaschine vorhandenen Absaugvorrichtungen entfernt.
Selbstverständlich ist die dargestellte Spulenprüfvorrichtung vom Prinzip her eine autonome Prüfeinrichtung, die nicht an das Vorhandensein einer Garnreinigungsanlage gebunden, und die auch vom Typ oder Messprinzip des Garnreinigers völlig unabhängig ist. Ebenso braucht die Spulenprüfvorrichtung nicht durch einen am Kreuzspulenwechsler 5 angeordneten Wandersensor 15 gebildet, sondern es könnte auch an jeder Produktionsstelle ein entsprechender Sensor vorgesehen sein. Man könnte sogar einen Sensor der in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Art auch in einer zentralen Prüfstation 9 (Fig. 1) verwenden. Man hätte dann zwar keine online Überwachung und würde keine Wickeldaten aus dem Inneren der Spule und damit sehr viel weniger Qualitätsdaten erhalten und man könnte auch nicht in den Produktionsprozess eingreifen, aber das System wäre gleich leistungsfähig wie die heute bekannten Systeme. Voraussetzung für die Verwendung der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Sensoren in einer zentralen Prüfstation wäre eine Einrichtung zur Rotation der Spulen.
Unter Eingriff in den Produktionsprozess ist nicht nur Fehlerbehebung durch Entfernung zu verstehen, sondern auch Fehlervermeidung durch Steuerung. Das bedeutet, dass beispielsweise die Spul- oder die Spinngeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gemessenen Fehlerrate reguliert wird. Eine weitere Möglichkeit ist die Regulierung der Spulendichte. Der Kreuzspulenwechsler 5 kann noch weitere Kontrollaufgaben übernehmen. So könnte beispielsweise jede Kreuzspule 4 vom Spulenwechsler 5 gewogen und aus dem Gewicht bei bekannter Garnnummer die Länge des aufgespulten Fadens bestimmt werden.
Die Fehlerrate der Spule setzt sich aus den Fehlern des Garns (Garnreiniger) und aus den Fehlern des Wickels (Spulenprüfsystem) zusammen. Beide Fehlerarten zusammen liefern ein Mass aller Fehler oder der Qualität einer Spule. Durch gemeinsame Signalverarbeitung des Spulenprüfsystems und der Garnreinigungsanlage kann die Spulendichte kontrolliert werden. Die Steuerung der Spulendichte erfolgt maschinenseitig bekanntlich durch eine Fadenspannungsvorrichtung, durch Ballonkontrolle oder durch Regulierung der Spulgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Abwicklungszustand des Kops. Basisgrössen für die genannte Kontrolle der Spulendichte sind die exakte gespulte Länge (ermittelt aus verschiedenen Geschwindigkeitsmessungen), die Fadenverlegung, die absolute Garnnummer und der Spulendurchmesser. Die Spulendichte und ihr Verlauf innerhalb der Spule ist auch ein Mass für die Fadenspannung und kann zur Kontrolle von dieser verwendet werden, sofern eine Kontrolle der Fadenverlegung vorhanden ist.
Im Unterschied zu den Garnfehlern gibt es für Spulenfehler keine Bewertungskriterien und es gibt auch keine allgemein anerkannte Liste von Spulenfehlern. Wenn man davon ausgeht, dass unter einem Fehler in der Kreuzspule alles das zu verstehen ist, was den Weiterverarbeitungsprozess beeinträchtigt und/oder die Qualität des Endprodukts vermindert, dann könnte eine Aufstellung der wichtigsten Spulenfehler folgendermassen aussehen:

Abschläge (Spannfäden an einer der beiden Stirnseiten)
Bildwicklungen
Blumenkohl (Deformationsfehler)
Restfäden, Beifäden
Wirrlagen
Deformation radial (Bildstörung auf der Stirnfläche)
Deformation axial (Bildstörung auf der Mantelfläche, sogenannte Trommelwickel)
Zweischeinigkeit (Farbveränderungen auf der Spule, die durch Aenderungen des Rohmaterials oder Kopsverwechslung verursacht sind)
Putzringe in der Rotorspinnerei
Fadenreserve (unten, oben)
Spulendichte
Hülsenfarbe
Spulendurchmesser

Im folgenden sollen nun einige Ausführungsbeispiele des Sensors 15 beschrieben werden:
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass ein auf dem Kreuzspulenwechsler 5 montierter Sensor 15 bestimmte Partien der Kreuzspulen, insbesondere deren Stirnflächen, nur schiefwinkelig einsehen kann. Um hier bei der Abblidung eine gleichmässige Bildschärfe über die untersuchte Fläche zu garantieren, kann beispielsweise für die Abbildung das bekannte Scheimpflug-Prinzip verwendet werden.
Ausserdem müssen Bildverzerrungen kompensiert werden, was durch entsprechende Formgebung der Sensorelemente, oder rechnerisch erfolgen kann. Letzteres bedeutet, dass der Detektor für eine gerade Linie geeicht wird, und dass Abweichungen von dieser rechnerisch kompensiert werden.
Da Bildverarbeitung relativ teuer ist, wird diese Lösung in der Regel ausscheiden und man wird spezialisierte, integrierte, optische Sensoren, beispielsweise Photo-ASICs verwenden, die problemangepasste optische Detektoren enthalten und bei denen eventuell die Auswerteelektronik oder Teile von dieser Bestandteil des ASICs sind. Letzteres würde selbstverständlich eine entsprechende Reduktion der Auswerteschaltung 16 (Fig. 2) mit sich bringen.
Die Fig. 3a und 3b zeigen schematisch einen Sensor, der besonders gut für die Detektion von Wickeln an der Mantelfläche der Spulen (Entstehung beispielsweise durch Herausspringen des Fadens aus der Changierung) und von Versätzen an den Stirnflächen und zur Messung von Wölbungen der Stirnflächen und der Wickelfläche geeignet ist. Bei diesem Sensor wird ein Lichtspalt 17 von einer Lichtquelle 18, beispielsweise einer Leuchtdiode (LED) auf die zu untersuchende Fläche projiziert. Handelt es sich bei dieser Fläche um die Mantelfläche, dann wird der Lichtspalt 17 bevorzugt parallel zur Spulenachse projiziert (Anordnung gemäss Fig. 3a), handelt es sich um eine Stirnfläche, dann erfolgt die Projektion radial zur Spulenachse.
Die zu überprüfende Oberfläche wird mit dem Leuchtspalt auf eine Detektorzeile 19 abgebildet, wobei die Beleuchtungs- und Abbildungsrichtung verschieden sein müssen. Die einzelnen Elemente der Detektorzeile sind auf Lateralverschiebungen der Lichtverteilung empfindlich. Als Detektor kann entweder ein eindimensionaler PSD (= positionssensitiver Detektor) oder ein Doppelkeildetektor gemäss Fig. 3b verwendet werden. Der letztere besteht aus einer Anzahl von Doppelkeilen, von denen jeder ein Detektorelement bildet. Die Ausgangssignale der beiden Doppelkeile jedes Detektorelements werden miteinander verknüpft, und das Ergebnis Va dieser Verknüpfung beträgt null Volt, wenn das Bild 17' des Lichtspalts 17 in der Mitte des Detektorelements liegt. Bei aussermittiger Lage ist Va proportional zur Auslenkung des Bildes 17' in der in den Fig. 3a und 3b mit einem Pfeil bezeichneten Richtung.
Das in den Fig. 3a und 3b dargestellte Verfahren ist ein abgewandeltes Triangulationsverfahren zur Distanzmessung; in Fig. 4a ist ein echtes Triangulationsverfahren dargestellt. Bei diesem wird nicht ein Lichtspalt 17 auf die Spulenoberfläche projiziert, sondern eine Lochblende 20, also ein Lichtpunkt, wobei die Projektionsebene in Richtung der Spulenachse orientiert ist. Der schräg auf die Spulenoberfläche projizierte Lichtpunkt wird auf einen Detektor 19 (Diodenzeile, Doppelkeil, PSD) abgebildet, wobei die Auslenkung wiederum ein Mass für die Distanz ist. Da Lichtsender 18 und Detektor 19 auf dem in Richtung des Pfeiles A beweglichen Spulenwechsler 5 angeordnet sind, wird bei der Hin- und Herbewegung des Spulenwechslers 5 die gesamte Spulen-Oberfläche abgetastet.
Bildstörungen auf der Mantelfläche der Spule 4 können mit einer Höhenprofilmessung gemäss 4b erfolgen, wobei eine genügend grosse örtliche Auflösung Voraussetzung für dieses Verfahren ist. Im Unterschied zum Wickel, der eine Erhöhung in Form eines auf dem Umfang liegenden Dickenrings bildet, äussert sich eine Bildstörung als Erhöhung der Fadenlegespur, wobei diese Erhöhung bei der rotierenden Spule synchron mit der Rotationsperiode die Spule hinauf- und hinunterwandert. Wenn der auf die Spulenoberfläche projizierte Lichtstrahl auf eine solche Erhöhung trifft, dann verschiebt sich der Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf den Detektor um den Betrag Δx. Bei einer Anordnung nach den Fig. 3a und 4b, wo sowohl Wickel als auch Bildstörung eine Verschiebung des auf den Detektor 19 auftreffenden Lichtstrahls bewirken, können Wickel und Bildstörung durch eine entsprechende Auswertung des zeit- und positionsabhängigen Signals unterschieden werden.
Die Fig. 5a und 5b zeigen Beispiele für die Detektion von Abschlägen oder Spannfäden, die bekanntlich gestreckt auf den Stirnflächen liegen. Hier wird vorzugsweise eine schräge oder streifende Beleuchtung gewählt, damit die Spannfäden durch den langen Schattenwurf einen stärkeren Kontrast ergeben. Durch die Rotation der Kreuzspule 4 wiederholt sich das Signal periodisch, was bei einer Ausdehnung der Messzeit auf mehrere Umdrehungen zur Erhöhung der Sicherheit der Messung ausgenützt werden kann.
Ein Ausschnitt der Stirnflächen wird auf einen Zeilensensor 21 abgebildet, welcher entweder aussermittig (Fig. 5a) oder radial (Fig. 5b) zur Spulenachse angeordnet ist. Die einzelnen Elemente des Zeilensensors bestehen aus schmalen Lichtempfängern, beispielsweise Photodioden, deren Breite derjenigen des Schattenwurfs entspricht. Ein vorhandener Spannfaden 22 wird je nachdem, ob er gestreckt (Fig. 5b) oder umgelenkt (Fig. 5a) ist, während jeder Umdrehung genau einmal bzw. zweimal jene 1 bis 2 Photodioden überdecken, die seinem Abstand vom Drehzentrum entsprechen. In diesem Moment wird auf dem betreffenden Detektorelement ein deutliches Signal anliegen und der Spannfaden 22 kann anhand der Unterschreitung eines Schwellwerts detektiert werden. Der jeweils ausserhalb des Bildes der Spulen-Stirnfläche liegende Bereich des Zeilensensors 21 wird bei der Auswertung nicht berücksichtigt. Mit einer beschalteten Mehrfachanordnung von Zeilen kann man sich bis zu einem gewissen Grad auf den Spulendurchmesser einstellen.
In Abwandlung der Messanordnung nach den Figuren 5a und 5b kann man anstatt eines verglichen mit der Spulen-Stirnfläche relativ kleinen Zeilensensors einen hinter einem transparenten LCD-Schirm angeordneten grossflächigen Detektor verwenden, oder man bildet den LCD-Schirm auf einen kleineren Detektor ab. In jedem Fall wird die schräg beleuchtete Stirnfläche auf den LCD-Schirm, der beispielsweise ein Display ohne Backplane-Mirror ist, abgebildet und der Schirm wird so angesteuert, dass jeweils nur eine schmale Zeile transparent ist. Diese Zeile wandert quer über den Schirm, wobei die Messzeit pro Zeilenposition mindestens eine Spulenumdrehung beträgt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Länge und Breite der Zeilen einfach zu programmieren sind und dass die Zeilenlänge optimal an die Spulengrösse angepasst werden kann.
Eine andere Variante einer Messanordnung könnte darin bestehen, die zu überprüfende Fläche (Spulenmantel und/oder -stirnflächen) schräg zu beleuchten und auf ein parallel zur Spulenachse angeordnetes Photodiodenarray abzubilden. Der aus der schrägen Beleuchtung resultierende lange Schattenwurf ergibt am Ausgang der Photodioden einen Signalverlauf, aus dem eine Vielzahl von Wicklungsfehlern erkennbar ist. Diese Methode wird zwar nicht alle Wicklungsfehler erkennen können, dafür ist sie aber einfach und auch kostengünstig. Und sie wird, ebenso wie alle beschriebenen online-Methoden das bekannte System unter der zentralen Prüfkammer hinsichtlich der Aussagekraft der Messergebnisse um Grössenordnungen übertreffen.
Die sogenannte Zweischeinigkeit wird mittels einer Farbanalyse des Garns auf der Mantelfläche gemessen, wobei entweder verschiedene Lichtwellenlängen eingestrahlt und das Reflexionslicht mit einem Detektor analysiert, oder mit weissem Licht beleuchtet und das Reflexionslicht mit mehreren Detektoren mit verschiedenen Farbfiltern analysiert wird. Man kann auch mit Infrarot oder mit Fluoresenzstrahlung arbeiten. In jedem Fall wird bei jedem Durchgang des Spulenwechslers für jede Spule der Farbwert gemessen und abgespeichert und mit früheren Messungen verglichen, wobei oberhalb einer gewissen Abweichung zwischen den Werten ein Alarm ausgelöst wird.
Selbstverständlich kann auch der Spulendurchmesser gemessen werden, was mittels Standardverfahren, wie beispielsweise Triangulation oder Korrektursignal des Autofocus erfolgen kann.
Nachfolgend werden noch einige Beispiele für das Zusammenwirken zwischen der Garnreinigunganlage und der Spulenüberwachung angegeben:

Bei einem Reinigermesskopf der in Figur 3 der EP-A-0 401 600 beschriebenen Art mit einem optischen und einem kapazitiven Messorgan, die voneinander beabstandet angeordnet sind und räumlich getrennte Messzonen aufweisen, kann man mit einem Korrelationsverfahren die Garngeschwindigkeit messen und dadurch in der Auswerteeinheit einen auf dem Korrelationsprinzip basierenden Geschwindigkeitssenor realisieren. Während beim Aufwickeln die Fadengeschwindigkeit beträchtlich schwankt (um 30 bis 50%), bleibt bei einem Wickel, wo der Faden bekanntlich aus der Changierung der Nutentrommel springt, die Fadengeschwindigkeit ungefähr konstant. Der Geschwindigkeitssensor erkennt dieses abnormale Geschwindigkeitsverhalten und kann eine Wickelwarnung abgeben. Oder er aktiviert den am Spulenwechsler montierten Sensor, der den Zustand der betreffenden Spule überprüft und gegebenenfalls die Wickelwarnung bestätigt.
Im Fall der soeben beschriebenen Geschwindigkeitsmessung mit dem Garnreiniger kann in dessen Auswerteeinheit die Garngeschwindigkeit laufend zeitlich integriert werden. Der Sensor auf dem Spulenwechsler misst bei jedem Durchgang den Durchmesser der Spule. Diese beiden Signale werden im Steuergerät 13 (Fig. 2) miteinander verknüpft und die Verknüpfung ergibt den Profilverlauf der Dichte über die ganze Spule.
An der Spulstelle können verschiedene Geschwindigkeiten gemessen werden, aus denen durch arithmetische Verknüpfung Aussagen über den Wickelvorgang abgeleitet werden können. Diese Geschwindigkeiten sind insbesondere die Rotationsgeschwindigkeit der Nutentrommel, die horizontale Fadenverlegungsgeschwindigkeit auf der Nutentrommel, die anhand der Nutentrommel und der Fadenverlegungsgeschwindigkeit abgeleitete Sollgeschwindigkeit des Garns (siehe dazu die US-A-5 074 480) und die mit dem optisch-kapazitiven Messkopf der Garnreinigungsanlage ermittelte momentane Garngeschwindigkeit.
Zur Verbesserung des Wickelverhaltens wird die Spulgeschwindigkeit laufend variiert. Diese Variation, die maschinenseitig eingestellt wird, wird als Bildstörung bezeichnet. Ausserdem entsteht durch die Fadenverlegung der Nutentrommel eine überlagerte Geschwindigkeitsänderung, so dass sich die momentane Garngeschwindigkeit nach verschiedenen Frequenzen ändert. Diese Frequenzen sind die Geschwindigkeitsänderungsfrequenz durch die Bildstörung und diejenige durch die Fadenverlegung sowie die Frequenzkomponenten der Soll- und der Momentangeschwindigkeit. Aus einem Vergleich der beiden Frequenzkomponenten lassen sich Wickelfehler ermitteln, die dann durch das Spulenprüfsystem genauer qualifiziert werden können. Die Betrachtung der Geschwindigkeiten im Frequenzbereich ist zwar sehr rechenintensiv, ist aber mit den heutigen technischen Hilfsmitteln wie beispielsweise digitalen Signalprozessoren (DSP) problemlos möglich.
Ein Garnreiniger, der einen Fremdfasersensor der in der WO-A-93/19359 beschriebenen Art enthält, misst laufend den Weissheitsgrad des Garns. Sobald der Fremdfasersensor eine Abweichung fesstellt, aktiviert er den Sensor auf dem Spulenwechsler, der dann mit seiner Sensorik den Farbwert oder die Fluoreszenz des Garns überprüft und entscheidet, ob der betreffende Kops zu eliminieren ist. Der Vorteil dieser Kombination des Reinigers und der Spulenprüfung besteht darin, dass die im Aussagewert eher beschränkte und daher nicht ganz zuverlässige Farberkennung beim Reiniger nur zur Vorselektion und nicht als Abstellsignal eingesetzt wird. Dieses Beispiel macht deutlich, dass durch die beschriebene online-Spulenprüfung die Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit des Reinigers erheblich unterstützt werden kann.

Allgemein gilt, dass die Sensorik und Auswertungen der Garnreinigungsanlge als online-Frühwarnsystem in die Spulenprüfung miteinbezogen sind, und dass das eigentliche Spulenprüfsystem eine genaue Qualifizierung der Fehler ermöglicht.

Claims

Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität von Garnspulen, mit einem Sensor, der eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines Teils der Oberfläche einer Garnspule, Mittel zur Abbildung des beleuchteten Teils auf einen Detektor, und eine Auswerteschaltung für die vom Detektor erzeugten Signale aufweist, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Sensoren (15) der genannten Art, welche dezentral an einer Spinn- oder Spulmaschine angeordnet und zur Überwachung der Wickelqualität während der Herstellung der Spule (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Spinn- oder Spulstelle ein Sensor (15) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit jeweils mehrere Produktionsstellen bedienenden Spulenwechslern zur Entnahme der vollen Spulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (15) auf den Spulenwechslern (5) montiert und in der Art eines Wandersensors jeweils mehreren Produktionsstellen zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) des Sensors (15) so angeordnet ist, dass eine schräge oder streifende Beleuchtung der Oberfläche der Garnspule (4) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Garnspule (4) durch einen Lichtspalt (17) beleuchtet und das Bild (17') dieses Lichtspalts auf den Detektor (19) abgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Garnspule (4) durch eine Lochblende (20) punktförmig beleuchtet und dass dieser Lichtpunkt auf den Detektor (19) abgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (19) durch eine Sensorzeile, vorzugsweise durch einen Doppelkeilsensor gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (19) ein positionssensitiver Detektor (PSD) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion von Spannfäden (22) ein radialer Ausschnitt der Stirnflächen der Spulen (4) auf einen aus zeilenförmigen Lichtempfängern bestehenden oder zeilenförmig beleuchtbaren Detektor (21) abgebildet ist, wobei die Breite der Zeilen angenähert der Breite des Schattenwurfs eines Spannfadens entspricht.
Vorrichtung nach Ansruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (19) durch ein parallel zur Achse der Spule (4) angeordnetes Photodiodenarray gebildet ist.
Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 an einer mit einer elektronischen Garnreinigungsanlage ausgerüsteten Spul- oder Spinnmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität und diejenigen der Garnreinigungsanlage (12, 13, 14) unter gegenseitiger Berücksichtigung ausgewertet werden und ein funktioneller Zusammenhang zwischen beiden Einrichtungen hergestellt wird.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von der Garnreinigungsanlage (12, 13, 14) die Garngeschwindigkeit gemessen und auf Schwankungen überprüft wird, und dass abnormale Schwankungen als Indiz für einen Wickelfehler interpretiert werden und vorzugsweise der zugeordneten Sensor (15) der Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität aktivieren.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Garnreinigungsanlage (12, 13, 14) die Garngeschwindigkeit gemessen und laufend integriert und von der Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität der Durchmesser der Spulen (4) gemessen wird, und dass beide Messwerte zur Gewinnung des Profilverlaufs der Dichte über die Spule verknüpft werden.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Garngeschwindigkeit gemessen und durch Spektralanalyse auf Frequenzänderungen untersucht wird, dass ausserhalb einer gegebenen Grenze liegende Frequenzkomponenten als Wickelfehler klassiert werden, und dass die Qualifizierung der Fehler durch die Vorrichtung zur Überprüfung der Wickelqualität erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für die Spektralanalyse digitale Signalprozessoren verwendet werden.
Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur momentanen Garngeschwindigkeit noch andere Geschwindigkeiten, insbesondere die Rotations- und die Fadenverlegungsgeschwindigkeit der die Kreuzspule (4) antreibenden Nutentrommel gemessen, und dass diese Geschwindigkeiten einer Spektralanalyse unterzogen werden.