EP3074333A1 - Changiereinheit und verfahren zur steuerung einer changiereinheit - Google Patents

Changiereinheit und verfahren zur steuerung einer changiereinheit

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EP3074333A1
EP3074333A1 EP14802409.4A EP14802409A EP3074333A1 EP 3074333 A1 EP3074333 A1 EP 3074333A1 EP 14802409 A EP14802409 A EP 14802409A EP 3074333 A1 EP3074333 A1 EP 3074333A1
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EP
European Patent Office
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qep
motor
drive shaft
data stream
angle
Prior art date
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EP14802409.4A
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EP3074333B1 (de
Inventor
Markus RÜTER
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Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
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Publication date
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
    • B65H54/2821—Traversing devices driven by belts or chains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
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    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
    • B65H54/2884—Microprocessor-controlled traversing devices in so far the control is not special to one of the traversing devices of groups B65H54/2803 - B65H54/325 or group B65H54/38
    • B65H54/2887—Microprocessor-controlled traversing devices in so far the control is not special to one of the traversing devices of groups B65H54/2803 - B65H54/325 or group B65H54/38 detecting the position of the yarn guide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the invention relates to a traversing unit and a method for controlling a traversing unit of a yarn for winding a cross-wound coil.
  • the invention relates to a control for a thread guide, in which a thread guide attached to a toothed belt exactly changes a thread.
  • Threads or yarns or also fibers and filaments are wound on spools after being produced and after processing steps. It is understood in the literature and the term Spulgut every thread or band-shaped material, which can be spooling example, in the cross spool on a spool or a winding. Subsequently, the term thread is used for this purpose.
  • the thread is thereby fixed with its beginning on a spool core, so that the thread drawn during rotation of the spool core on this and thus the thread is wound or wound on the spool core and so thread windings. If the thread is not guided in such a winding operation, then the thread windings are typically not arranged next to one another in an orderly fashion. Such coils are almost unusable for machine further processing, since the thread can not be unwound uniformly and breaks accordingly fast. Accordingly, an orderly winding is necessary in which the individual thread windings are defined adjacent to each other.
  • the yarn to be wound up is guided by means of a yarn guide device, that is, it changes that the yarn windings are arranged next to one another on the drum. le be pulled.
  • the yarn is thereby guided uniformly over the entire width of the resulting coil, ie over the traverse stroke, wherein the yarn guide device is typically guided parallel to the coil axis in a transverse movement.
  • the thread should be guided as precisely as possible so that the individual windings of the thread are deposited as precisely as possible on the bobbin, and thus the thread can be correspondingly accurately and evenly unwound from the bobbin.
  • the traversing unit should, on the one hand, guide the thread as precisely as possible, but at the same time the thread guide should be sufficiently fast, so that the thread can be laid on the spool with the greatest possible speed.
  • the traversing unit can have a thread guiding slide, a so-called thread guide, with an eyelet leading to the thread, the thread guide being fixed to a belt, for example a toothed belt.
  • the yarn guide can be guided in a guide rail and driven by a motor-driven wheel, such as a toothed belt.
  • the drive motor determines the movement of the thread guide via the drive wheel and the belt. Accordingly, for the most accurate possible positioning of the thread guide and a correspondingly precise filing of the thread on the spool of the motor must be controlled so that the thread guide is positioned quickly and accurately.
  • Such a traversing unit and a generic method for controlling a traversing unit are known, for example, from DE 103 22 533 A1.
  • the motor-driven Driven thread guide back and forth within a traverse stroke.
  • the motor is controlled as a function of an actual position of a rotor shaft of the motor, wherein the rotor shaft is impressed with an additional lead by an advance angle.
  • such controls can lead to significant deviations of the desired target positions and in particular to significant deviations of the desired speeds, especially in the reverse areas of the thread guide.
  • a further traversing unit and a generic method for controlling a traversing unit are known from WO 199/00 50 55.
  • the motor-driven thread guide is detected in its position within a traversing stroke and controlled in dependence on an actual-target comparison by a change in the angular velocity.
  • an angle encoder is coupled to the drive motor and connected to a control device.
  • a high measuring accuracy of the actual position is required in order to obtain an exact guidance of the thread guide.
  • the different movement sections of the thread guide and the associated different guide speeds place a particularly high demand on the measuring accuracy of the angle sensor.
  • This object is achieved with a traversing unit according to the features of claim 1 and with a method for controlling a traversing unit with the features of claim 8.
  • Advantageous developments of the invention are defined by the features and feature combinations of the respective subclaims.
  • the invention takes into account the different movement sections of the yarn guide, which must undergo oscillating a traverse stroke. Especially in the reversal areas of the traverse stroke, rapid angular velocity changes of the yarn guide are required. In that regard, particularly fast control paths with the highest accuracy are desired in the reverse area of the thread guide.
  • QEP Quadrature Encoder Pulse
  • the first QEP evaluation unit is programmed with a first clock frequency for high angular speeds of the drive shaft and the second QEP evaluation unit is programmed with a second clock frequency for low angular speeds of the drive shaft. wave is programmed.
  • the first clock frequency of the first QEP evaluation unit is preferably determined to generate a clock for an interval of a number of N angle increments, where N> 2.
  • the second clock frequency of the second QEP evaluation unit is intended to generate a clock for each separate angle increment.
  • a data stream coupler is furthermore provided within the control device, which is connected to the QEP evaluation units and which, depending on a predetermined angular velocity, one of the data streams of the QEP evaluation units for controlling the Motors releases.
  • a signal conditioning unit is furthermore provided, by means of which a duplication of a signal of the incremental encoder can be generated. This gives the QEP evaluation units identical signals without any distortion. Moreover, it is particularly advantageous if the signal conditioning unit has an optocoupler through which the transmission of the doubled angle increment signals takes place. This allows the incremental encoder to be galvanically isolated from the QEP evaluation units. In order for electrical disturbances in the transmission of Winkelinkrementsignale can be advantageously avoided.
  • Figure 1 a diagram of a traversing unit for guiding a thread during winding
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the signals of the incremental encoder
  • Figure 3 a schematic arrangement of the traversing unit according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a traversing unit 100 which could be arranged on a mounting plate and in which a thread 110 is guided through an eyelet of a thread guide 120.
  • the yarn guide 120 is coupled to a belt 130, in this case a toothed belt, ie, in the embodiment described here, the yarn guide 120 is firmly attached to the toothed belt 130.
  • the belt 130 passes over a drive wheel 140, here a gear for the toothed belt, and over two pulleys 150-1 and 150-2. Between the two pulleys 150-1 and 150-2, the belt is guided by a guide rail 160.
  • the yarn guide 120 is attached to the belt 130 in such a way that it slides in the guide rail. ne 160 between the pulleys 150-1 and 150-2 runs.
  • the drive wheel 140 is connected to a drive shaft 171 of an electric motor 170, which moves the belt 130 and thus the yarn guide 120 via the drive wheel 140, so that it is reciprocated between the two deflection rollers 150-1 and 150-2.
  • the drive shaft 171 of the motor 170 at the same time the axis of rotation of the drive wheel 140, so that each rotational movement of the motor 170 is exactly transferred to the drive wheel 140.
  • the motor and the drive wheel can also be connected to one another, for example, via a gear or the like for transmitting the rotational movement.
  • the motor 170 may be a stepper or servo motor connected to a corresponding power and control electronics.
  • a rotational movement of the motor 170 thus leads to a rotational movement of the drive wheel 140, which in turn moves the belt 130, so that the belt 130 and thus the yarn guide 120 coupled to the belt 130 performs a translational movement between the two deflection rollers 150-1 and 150-2 , The distance of this movement between the two points of origin of the movement is thus the traverse stroke.
  • the movement of the thread guide 120 is particularly important at the Urnsubddlingen of importance. In this case, the point of origin of the translational movement of the thread guide 120 must be maintained exactly, so that the thread on the spool exactly reverses its depositing direction and strikers are avoided.
  • a so-called Abeller is a thread winding, the next to the previous coil windings falls directly on the coil axis. Such beaters cause the thread would tear during unwinding on reaching the Abzziägers. Bobbins with such beaters are unusable for many machine applications.
  • the traversing unit 100 has a rotary or incremental encoder 180, which determines the rotation of the drive shaft 171.
  • the incremental encoder 180 is mounted directly on the drive shaft 171 of the motor 170 and thus directly determines the rotation of the drive shaft 171.
  • the incremental encoder may be coupled to the drive shaft of the motor, for example via a gearbox or a similar mechanical connection to determine the rotation of the drive shaft 171.
  • the incremental encoder 180 outputs an angle increment signal representing a rotation of the drive shaft 171 of the motor 170.
  • the angle increment signal itself can be arbitrary, ie it can be a light signal or an electrical signal.
  • the incremental encoder 180 outputs an electrical angle increment signal. In one embodiment, this may be a conventional US-E6-2000 incremental encoder. It supplies 8,000 angular increments per revolution of the drive shaft and, if all signal edges are evaluated, the information on two incremental signals is output for this incremental encoder.
  • FIG. 2 shows a schematic representation 200 of the electrical angle link signals of the tracks A and B, see 210 and 220, respectively, as they are output by the incremental encoder 180 at a constant angular speed upon rotation of the drive shaft 171.
  • the signals shown schematically in FIGS. 210 and 220 show that with constant angular velocity of the drive shaft 171 equidistant pulses are output with equidistant time intervals, the pulses A and B being offset by a quarter period. Looking at the edges of the signal tracks A and B, this results in an information as shown in 230, wherein each edge is information about a change in the position of the drive shaft, a so-called. Lü- Iplitation.
  • both the angular velocity of the drive shaft 171, the direction of rotation and also the relative position of the yarn guide 120 can be determined. If, for example, one assigns the increment position 5 to a first position of the drive shaft, it can be seen that with each edge of a signal the drive shaft has rotated to the next angle increment, see 240.
  • the speed, ie the angular velocity or rotational speed, of the drive shaft can be determined in a known manner from the temporal change of the angle ⁇ , where ⁇ can be determined by the number of angular increments covered:
  • the angular velocity of the drive shaft can be determined by means of the time T event between the occurrence of two defined events, that is, a number of swept angle increments. Accordingly, the angular velocity then increases
  • the direction of rotation of the drive shaft can be determined in a conventional manner from the time sequence of the signals of the tracks A and B. If the levels of the two tracks A and B, see in Figure 2 signal 210 and 220, the signal generator, for example, to logic zero, the direction of rotation can be determined as to whether the next signal is a logical one first at track A or track B. is reported. By evaluating the respective states of the signals of the tracks A and B, the direction of rotation can thus be unambiguously determined in each case.
  • the determination of the absolute position of the drive shaft can take place on the one hand via a so-called Einrichtfahrt, wherein the yarn guide a certain position anaide and this serves as a reference position for the subsequent relative position determinations.
  • a reference position may in one embodiment be a reversal point of the thread guide.
  • the incremental encoder can deliver a reference signal at a specific position, so that a reference position can be determined via this.
  • the position in relation to the reference position can be determined using the methods described above.
  • the maximum angular error of a position determined therewith, which can be determined on an angle increment, is thus the angular width of an angle increment
  • This angle error is therefore inversely proportional to the number of increments issued by the incremental encoder per axis revolution.
  • this angle error thus determines directly the position error of the thread guide.
  • jitter Due to a temporal timing jitter of the angle increment signals, which is known in the art as so-called jitter, a fluctuation occurs in the real state. In that regard, different event times result in T EventsM in and T EventMm .
  • the so-called jitter time t jitter is of numerous
  • Influencing variables such as the quality of the Winkelinkrementgebers and the clock frequency of an evaluation depending. Since the speed is measured over the event time, such effects must be taken into account in the determination of the angular velocity.
  • multiple increment information are within one sample interval. Although these could be read in by an evaluation unit, the evaluation unit would only record the last event time in its memory, so that one of the evaluation units would newly determined event time would overwrite the most recently determined and stored event time. If the sampling interval is greater than the event time, then the controller only reads out the event time last saved by the evaluation unit. At a high speed of the engine so that not all event times are read by the controller from an evaluation unit. If, on the other hand, the number of increments to be evaluated is selected to be greater, so that the time interval between two angle increment signals increases at the same rotational speed, the achievable angle or position error becomes greater.
  • FIG. 3 shows a schematic 300 of the inventive traversing unit for solving this problem.
  • the motor 170 is connected to the incremental encoder 180, which generates the increment signals as a function of the rotational speed of a drive shaft 171 of the motor 170.
  • the signal conditioning unit 310 has an optocoupler 370, so that the incremental encoder 180 is galvanically decoupled from the QEP evaluation units 320-1 and 320-2.
  • the QEP evaluation units 320-1 and 320-2 process the angle increment signals supplied by the incremental encoder 180 and Forward data streams generated therefrom of angle information to a controller 330 on.
  • the QEP evaluation units can be implemented as separate functional blocks or as an integral part of the controller 330. If possible, the angle increment signal generated by the incremental encoder 180 or the electrical signal converted therefrom can be fed to the QEP evaluation units without prior duplication.
  • the QEP evaluation units 320-1 and 320-2 can be programmed with such a clock frequency that they output the time T event between two or any number of increments as a signal and / or output the current angular position, for example as an angle link, and / or output the direction of rotation.
  • a QEP evaluation unit is typically programmed with a clock frequency and then provides a data stream of angle increment information corresponding to the programming, which is then read out by the controller during operation, ie, to be sampled.
  • the data streams provided by the QEP evaluators 320-1 and 320-2 are then read from a controller 330, which typically includes a processor 360, and further processed as described below.
  • the angle increment signals generated by the incremental encoder 180 are respectively transmitted to the QEP evaluation units 320-1 and 320-2.
  • the controller 330 is electrically connected to and controls the motor 170 via the line 340. On the one hand, the controller 330 thus controls the motor 170, on the other hand, the controller 330 receives information about the increment Signal generator 310 and the two QEP evaluation 320-1, 320-2 information about the driven motor 170.
  • the controller itself can be configured as a digital circuit, ie a so-called CPU (Central Processing Unit) and corresponding peripheral circuit elements, such as D / A and / or A / D for signal conversion, as well as power semiconductors for generating the control signals for the motor have.
  • CPU Central Processing Unit
  • peripheral circuit elements such as D / A and / or A / D for signal conversion, as well as power semiconductors for generating the control signals for the motor have.
  • the first QEP evaluation unit that is to say 320-1, is set up at a first clock frequency in such a way that it determines the time interval between a zeroth and an Nth angle increment and makes it available as a data stream to the controller 330, wherein N increases is equal to 2, so that the QEP evaluation unit 320-1 determines the time for sweeping a number N increments, where N> 2.
  • the first QEP evaluation unit 320-1 does not signal the time interval between two successive, ie adjacent, angular increments, but the distance between N> 2 successive angle increments.
  • the second QEP evaluation unit, ie 320-2 is set up with a clock frequency such that it generates a data stream with the time interval between two directly successive angle increments, ie signals the time interval between two signal edges of the tracks A and B.
  • the second QEP evaluation unit 320-2 thus transmits the ascertained angle increment information to the control in shorter time intervals than the first QEP evaluation unit 320-1.
  • the QEP evaluation units can each signal the time intervals of two different numbers of increments, wherein the numbers N can each be greater than 2.
  • the controller 330 determines the rotational speed or angular velocity ⁇ according to one of the equations described above.
  • the controller 330 determines the position of the thread guide 120 as described above from the number of the over-directed angle increments with respect to a reference position.
  • the angle increment information of the first QEP evaluation unit 320-1 is used as the basis for the calculation of these values if the angular velocity of the drive shaft 171 of the motor 170 exceeds a threshold value of the angular velocity.
  • the data streams of the QEP evaluation units 320-1 and 320.2 are supplied to a data stream coupler 350 within the controller 330, which selects the data streams of the two QEP evaluation units 320-1 and 320-2 in dependence on the threshold value of the angular velocity and one of the Data streams for controlling the engine releases.
  • the controller 330 thus processes the data stream of the first QEP evaluation unit 320-1 only when the signals transmitted by the first QEP evaluation unit 320-1 exceed a first predetermined threshold value of the angular velocity, ie the yarn guide 120 with relatively high angular velocity of the drive shaft 171 is moved. On the one hand, this ensures that sufficient time remains for the processing of these values before the next value has to be processed. On the other hand, the relative error for time intervals, which are determined over several angular increments, smaller than for intervals, which is over a single or a few angle increments are determined. The data stream provided by the second QEP evaluation unit 320-2 is ignored during the time in which the data stream of the first QEP evaluation unit 320-1 is processed. This condition essentially lies in the linear movement range of the thread guide 120 between the origin points. In this area, the yarn guide 120 is guided by the motor 170 at a uniformly high guide speed, so that the drive shaft 171 rotates at a relatively high angular velocity.
  • stepper motors or servomotors react very quickly to control signals, the motor requires a change of direction, a so-called reversion process, at the end of the traversing movement, ie when the thread guide reaches one end of its running distance, the direction of movement changes and then in the opposite direction is running, a finite time.
  • the controller 330 controls the motor 170 at the end of the traversing motion so that the rotational speed of the motor 170 is reduced until the direction of rotation reversal.
  • the yarn guide 120 is accordingly decelerated at the end of the traverse stroke and then moved in the opposite direction. Accordingly, while decreasing the angular velocity of the drive shaft 171, the time intervals between the data supplies of the QEP evaluators 320-1 and 320-2 become larger.
  • the data stream coupler 350 checks the data streams read out / sampled by the QEP evaluation units 320-1 and 320-2 as to whether they exceed or fall below a predefined threshold value of the angular velocity.
  • the controller reads from then on the higher-resolution data stream of the second QEP evaluation 320-2 and processes it. Although this angular increment information has a larger relative error, the update rate is greater because the second QEP evaluator 320- 2 provides higher resolution signals. As the angular velocity of the drive shaft decreases, the values of the event times increase and the relative error decreases. In the phase of relatively low angular velocities of the drive shaft 171, which occur in the Umledgeberei- Chen the yarn guide 120 at the traverse ends, thus the data flow of the angle information of the second QEP evaluation 320-2 is released from the data stream coupler 360 for the control of the motor 170.
  • the controller 300 controls the motor 170 in such a way that it accelerates its rotational movement again as quickly as possible to a maximum value. Accordingly, the time intervals signaled by the QEP evaluation units 320-1 and 320-2 as well as the time intervals of the signaling itself become smaller. In this case, the controller ignores the data stream of the first QEP evaluation unit 320-1, but instead processes the data stream supplied by the second QEP evaluation unit 320-2, as long as the signals supplied by the second QEP evaluation unit 320-2 have a second predetermined threshold value Do not exceed angular velocity. As soon as the data stream coupler 350 of the controller 300 detects this overshoot, the data stream of the second QEP evaluation unit 320-2 is ignored and only the data stream provided by the first QEP evaluation unit 302 - 1 is used to control the motor 170.
  • the controller of the traversing unit processes only the data streams of the first QEP evaluation unit 302-1 when the drive shaft 171 of the motor 170 rotates rapidly.
  • the data stream coupler 350 recognizes to the controller 330 that the motor 170 is rotating at low angular velocity, ie, the time intervals between increments are large, the controller 330 processes the data streams of the second QEP evaluation unit 302-1, which measure the angular increments at smaller time intervals provides.
  • the first predetermined threshold value of the angular velocity may be equal to the second predetermined threshold value of the angular velocity.
  • the two threshold values can be unequal.
  • the first predetermined threshold value may be smaller than the second predetermined threshold value, so that a hysteresis curve is run through.
  • the described traversing unit as well as the method for controlling the traversing unit thus enable a more exact control of the thread guide, which allows a more accurate filing of the thread on the spool.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Changiereinheit zum Führen eines Fadens sowie ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Changiereinheit. Die Changiereinheit weist einen Motor (170) mit einer Antriebswelle (171) zum Antrieb des Fadenführers (120) auf, der mit einer Steuerung (330) gekoppelt ist. Die Steuerung ist mit einem Inkrementalgeber (180) verbunden, der mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt ist. Um die Winkelinkrementsignale des Inkrementalgebers in Abhängigkeit von der Führungsgeschwindigkeit des Fadenführers auswerten zu können, weist erfindungsgemäß die Steuerung eine erste QEP-Auswerteeinheit (320-1) zur Erzeugung eines ersten ersten Datenstromes und eine zweite QEP-Auswerteeinheit (320-2) zur gleichzeitigen Erzeugung eines zweiten Datenstromes auf.

Description

Changiereinheit und Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit
Die Erfindung betrifft eine Changiereinheit und ein Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit eines Fadens zum Wickeln einer kreuzgewickel- ten Spule. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuerung für eine Fadenführung, bei der ein auf einem Zahnriemen angebrachter Fadenführer einen Faden exakt changiert.
Fäden oder Garne oder auch Fasern und Filamente werden nach dem Er- zeugen und nach Bearbeitungsschritten auf Spulen gewickelt. Dabei wird in der Literatur auch unter dem Begriff Spulgut jedes faden- oder bandförmige Material verstanden, welches sich beispielsweise im Kreuz spul verfahren auf eine Spule oder einen Wickel aufspulen lässt. Nachfolgend wird hierfür der Begriff Faden verwendet.
Der Faden wird dabei mit seinem Anfang auf einem Spulenkern festgelegt, sodass der Faden bei Rotation des Spulenkerns auf diesen gezogen und damit der Faden auf dem Spulenkern aufgespult oder gewickelt wird und so Fadenwicklungen entstehen. Wird der Faden bei einem solchen Auf- spul Vorgang nicht geführt, so liegen die Fadenwicklungen typischerweise nicht geordnet nebeneinander. Solche Spulen sind für die maschinelle Weiterverarbeitung nahezu unbrauchbar, da der Faden nicht gleichmäßig abgewickelt werden kann und entsprechend schnell reißt. Dementsprechend ist eine geordnete Wicklung notwendig, bei der die einzelnen Fadenwicklun- gen definiert nebeneinander liegen. In an sich bekannter Weise wird der aufzuspulende Faden dazu mittels einer Fadenführung seinrichtung so geführt, d.h. changiert, dass die Fadenwicklungen nebeneinander auf die Spu- le gezogen werden. Der Faden wird dabei gleichmäßig über die gesamte Breite der entstehenden Spule geführt, d.h. über den Changierhub, wobei die Fadenführung seinrichtung typischerweise parallel zur Spulenachse in einer transversalen Bewegung geführt wird.
Bei der Wicklung der Spule soll der Faden möglichst präzise geführt werden, sodass die einzelnen Wicklungen des Fadens möglichst präzise auf der Spule abgelegt werden und somit der Faden entsprechend präzise und gleichmäßig von der Spule abgespult werden kann. Dabei soll die Changie- reinheit zum einen den Faden möglichst präzise führen, gleichzeitig soll die Fadenführung jedoch ausreichend schnell sein, sodass der Faden mit möglichst großer Geschwindigkeit auf der Spule abgelegt werden kann.
Die Changiereinheit kann dabei einen Fadenführungsschlitten, einen soge- nannten Fadenführer, mit einer den Faden führenden Öse aufweisen, wobei der Fadenführer an einem Riemen, beispielsweise einem Zahnriemen festgelegt ist. Der Fadenführer kann in einer Führungsschiene geführt und von einem motorisch angetriebenen Rad, beispielsweise einem Zahnriemenrad, angetrieben werden. Damit bestimmt der Antriebsmotor über das Antriebs- rad und den Riemen die Bewegung des Fadenführers. Entsprechend muss für eine möglichst präzise Positionierung des Fadenführers und eine entsprechend präzise Ablage des Fadens auf der Spule der Motor so angesteuert werden, dass der Fadenführer schnell und exakt positioniert wird. Eine derartige Changiereinheit sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit sind beispielsweise aus der DE 103 22 533 AI bekannt. Bei der bekannten Changiereinheit wird der motorisch ange- triebene Fadenführer innerhalb eines Changierhubes hin- und hergeführt. Dabei wird der Motor in Abhängigkeit von einer Istposition einer Rotorwelle des Motors gesteuert, wobei der Rotorwelle eine zusätzliche Voreilung um einen Voreilungswinkel aufgeprägt ist. Derartige Steuerungen können jedoch insbesondere in den Umkehrbereichen des Fadenführers zu erheblichen Abweichungen der gewünschten Sollpositionen und insbesondere zu erheblichen Abweichungen der Sollgeschwindigkeiten führen.
Eine weitere Changiereinheit sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit ist aus der WO 199/00 50 55 bekannt. Bei der bekannten Changiereinheit wird der motorisch angetriebene Fadenführer innerhalb eines Changierhubes in seiner Position erfasst und in Abhängigkeit von einem Ist-Soll- Vergleich durch eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit gesteuert. Zur Erfassung der Ist-Position des Fadenführers ist ein Winkelgeber mit dem Antriebsmotor gekoppelt und mit einer Steuereinrichtung verbunden. Hierbei ist eine hohe Messgenauigkeit der Ist-Position erforderlich, um eine exakte Führung des Fadenführers zu erhalten. So stellen insbesondere die verschiedenen Bewegungsabschnitte des Fadenführers und die damit einhergehenden unterschiedlichen Führungsgeschwindigkei- ten eine besondere hohe Anforderung an die Messgenauigkeit des Winkelgebers.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Changiereinheit und ein Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit zu schaffen, bei welcher bzw. welchem der Motor den Fadenführer insbesondere an den Enden des Changierhubes zur Ablage des Fadens an einer Spulenoberfläche mit hoher Präzision führt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Changiereinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung berücksichtigt die verschiedenen Bewegungsabschnitte des Fadenführers, welcher einen Changierhub oszillierend durchlaufen muss. Insbesondere in den Umkehrbereichen des Changierhubes sind schnelle Winkelgeschwindigkeitsänderungen des Fadenführers erforderlich. Insoweit sind im Umkehrbereich des Fadenführers besonders schnelle Regelstrecken mit höchster Genauigkeit gewünscht. Damit derartige schnelle Regelstrecken in einem Linearbereich des Fadenführers mit im wesentlichen konstanter Führungsgeschwindigkeit keine Fehlreaktionen erzeugt, weist die erfindungsgemäße Changiereinheit eine Steuerung mit einer ersten QEP-Auswerteeinheit (QEP = Quadratur Encoder Pulse) zur Erzeugung eines ersten Datenstroms und eine zweite QEP-Auswerteeinheit zur gleichzeitigen Erzeugung eines zweiten Datenstromes auf. So besteht die Mög- lichkeit, die von dem Winkelgeber erzeugten Winkelinkrementsignale differenziert auszuwerten und um daraus eine für den Bewegungsabschnitt des Fadenführers bevorzugte Steuerung des Motors zu erhalten.
Insbesondere ist es somit von Vorteil, wenn die erste QEP-Auswerteeinheit mit einer ersten Taktfrequenz für hohe Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle programmiert ist und die zweite QEP-Auswerteeinheit mit einer zweiten Taktfrequenz für niedrige Winkelgeschwindigkeiten der Antriebs- welle programmiert ist. So können durch unterschiedliche Tastraten entsprechende Messgenauigkeiten erzeugt werden, die sich in den Datenströmen der QEP- Auswerteeinheiten wiederspiegelt. So wird bevorzugt die erste Taktfrequenz der ersten QEP- Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Taktes für einen Intervall einer Anzahl von N- Winkelinkrementen bestimmt, wobei N > 2 ist. Die zweite Taktfrequenz der zweiten QEP- Auswerteeinheit ist zur Erzeugung eines Taktes für jedes separate Winkelinkrementes bestimmt. Somit lassen sich die vom Inkremen- talgeber erzeugten Winkelinkrementsignale entsprechend der vorherrschenden Winkelgeschwindigkeit auswerten und zur Steuerung des Motors nutzen.
Um einen für jeden Bewegungsabschnitt des Fadenführers günstige Steue- rung des Motors zu erhalten, ist desweiteren ein Datenstromkoppler innerhalb der Steuereinrichtung vorgesehen, welcher mit den QEP- Auswerteeinheiten verbunden ist und welcher in Abhängigkeit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit einen der Datenströme der QEP- Auswerteeinheiten zur Regelung des Motors freigibt.
Für die Übertragung der Winkelinkrementsignale an die QEP-Auswerte- einheiten ist desweiteren eine Signalaufbereitungseinheit vorgesehen, durch welche eine Doppelung eines Signals des Inkrementalgebers erzeugbar ist. Damit erhalten die QEP- Auswerteeinheiten identische Signale ohne jegli- che Verzerrung. Darüberhinaus ist besonders vorteilhaft, wenn die Signalaufbereitungseinheit einen Optokoppler aufweist, durch welchen die Übertragung der verdoppelten Winkelinkrementsignale erfolgt. So lässt sich der Inkrementalge- ber galvanisch von den QEP-Auswerteeinheiten trennen. Damit können elektrische Störgrößen bei der Übertragung der Winkelinkrementsignale vorteilhaft vermieden werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen
Figur 1: ein Schema einer Changiereinheit zur Führung eines Fadens beim Aufwickeln;
Figur 2: eine schematische Darstellung der Signale des Inkrementalge- bers;
Figur 3: eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Changiereinheit
Figur 1 zeigt eine schematische Abbildung einer Changiereinheit 100, die an einem Montageblech angeordnet sein könnte und bei der ein Faden 110 durch eine Öse eines Fadenführers 120 geführt ist. Der Fadenführer 120 ist mit einem Riemen 130, hier einem Zahnriemen, gekoppelt, d.h. in der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Fadenführer 120 fest auf den Zahnriemen 130 aufgesteckt. Der Riemen 130 läuft über ein Antriebsrad 140, hier ein Zahnrad für den Zahnriemen, und über zwei Umlenkrollen 150-1 und 150-2. Zwischen den beiden Umlenkrollen 150-1 und 150-2 ist der Riemen durch eine Führungsschiene 160 geführt. Der Fadenführer 120 ist dabei so an dem Riemen 130 angebracht, dass dieser in der Führung sschie- ne 160 zwischen den Umlenkrollen 150-1 und 150-2 läuft. Das Antriebsrad 140 ist mit einer Antriebswelle 171 eines elektrischen Motors 170 verbunden, der über das Antriebsrad 140 den Riemen 130 und damit den Fadenführer 120 bewegt, sodass dieser zwischen beiden Umlenkrollen 150-1 und 150-2 hin- und herbewegt wird. Dabei ist in der hier beschriebenen Ausführungsform die Antriebswelle 171 des Motors 170 gleichzeitig die Drehachse des Antriebsrads 140, sodass jede Drehbewegung des Motors 170 exakt auf das Antriebsrad 140 übertragen wird. Alternativ zu dieser direkten Kopplung zwischen Antriebsrad und Motor können der Motor und das An- triebsrad beispielsweise auch über ein Getriebe oder ähnliches zur Übertragung der Drehbewegung miteinander verbunden sein.
Der Motor 170 kann dabei ein Schritt- oder Servomotor sein, der mit einer entsprechenden Leistungs- und Steuerungselektronik verbunden ist.
Eine Drehbewegung des Motors 170 führt damit zu einer Drehbewegung des Antriebsrades 140, welches wiederum den Riemen 130 bewegt, sodass der Riemen 130 und damit der mit dem Riemen 130 gekoppelte Fadenführer 120 zwischen den beiden Umlenkrollen 150-1 und 150-2 eine translatorische Bewegung ausführt. Die Strecke dieser Bewegung zwischen den beiden Urnkehrpunkten der Bewegung ist damit der Changierhub.
Die Bewegung des Fadenführers 120 ist insbesondere an den Urnkehrpunkten von Bedeutung. Dabei ist der Urnkehrpunkt der translatorischen Bewe- gung des Fadenführers 120 exakt einzuhalten, sodass der Faden auf der Spule ebenso exakt seine Ablagerichtung umkehrt und Abschläger vermieden werden. Ein sogenannter Abschläger ist dabei eine Faden wicklung, die neben die bisherigen Spulenwicklungen direkt auf die Spulenachse fällt. Solche Abschläger bewirken, dass der Faden beim Abspulen bei Erreichen des Abschlägers reißen würde. Spulen mit derartigen Abschlägern sind für viele maschinelle Anwendungen unbrauchbar.
Zur exakten Positionierung und Bewegung des Fadenführers 120 weist die Changiereinheit 100 einen Dreh- oder Inkrementalgeber 180 auf, der die Rotation der Antriebswelle 171 ermittelt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Inkrementalgeber 180 direkt auf die Antriebswelle 171 des Motors 170 aufgesetzt und ermittelt damit direkt die Rotation der Antriebswelle 171. Alternativ kann der Inkrementalgeber beispielsweise über ein Getriebe oder eine ähnliche mechanische Verbindung mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt sein, um die Rotation der Antriebswelle 171 zu ermitteln.
Im Betrieb gibt der Inkrementalgeber 180 ein Winkelinkrementsignal aus, welches eine Rotation der Antriebswelle 171 des Motors 170 wiedergibt. Das Winkelinkrementsignal selbst kann dabei beliebig sein, d.h. es kann ein Lichtsignal oder ein elektrisches Signal sein. In der hier beschriebenen Aus- führungsform gibt der Inkrementalgeber 180 ein elektrisches Winkelinkrementsignal aus. In einer Ausführungsform kann dies ein an sich bekannter Inkrementalgeber vom Typ US-Digital E6-2000 sein. Dieser liefert pro Umdrehung der Antriebswelle und bei Auswertung aller Signalflanken 8000 Winkelinkremente, wobei bei diesem Inkrementalgeber die Informati- on über zwei Auswertespuren ausgegeben werden. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung 200 der elektrischen Winke- linkrementsignale der Spuren A und B, siehe 210 bzw. 220, wie diese bei Rotation der Antriebswelle 171 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Inkrementalgeber 180 ausgegeben werden. Die in 210 und 220 schematisch dargestellten Signal verlaufe zeigen, dass bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 zeitlich äquidistante Impulse ausgegeben werden, wobei die Impulse A und B um eine Viertelperiodendauer versetzt sind. Betrachtet man die Flanken der Signalspuren A und B, so ergibt sich eine Information wie in 230 dargestellt, wobei jede Flanke eine Information über eine Änderung der Lage der Antriebswelle ist, eine sog. Lage- Iständerung.
Aus diesen von dem Inkrementalgeber gelieferten Signalen lassen sich sowohl die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171, die Rotationsrich- tung und auch die relative Position des Fadenführers 120 ermitteln. Ordnet man beispielsweise einer ersten Lage der Antriebswelle die Inkrementposi- tion 5 zu, so ist zu erkennen, dass mit jeder Flanke eines Signals die Antriebswelle in das nächste Winkelinkrement gedreht hat, siehe 240. Die Drehzahl, also die Winkelgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit, der Antriebswelle kann in bekannter Weise aus der zeitlichen Änderung des Winkels φ ermittelt werden, wobei φ über die Anzahl der zurückgelegten Winkelinkremente ermittelbar ist:
φ T = Winkelinkremente■ ^π // mτ k , rement ^zan , l , Damit ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit ω als zeitliche Ableitung des
Winkels φ
Werden nun während eines festen Abtastzeitintervalls TAbtast die eingehenden Winkelinkrementinformationen aufaddiert zu AWinkelinkmmente , so ergibt sich für die Winkelgeschwindigkeit ω
AWinke linkremente 7.71
00 =
TAhtn„t Inkrementz hl
Alternativ kann die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle mittels der Zeit TEreignis zwischen dem Auftreten zweier festgelegter Ereignisse, also einer Anzahl von überstrichenen Winkelinkrementen, ermittelt werden. Dem- entsprechend ergibt sich dann die Winkelgeschwindigkeit zu
2π
ω =
T Ereignis InkrementZtM
Hierzu ist anzumerken, dass beide der oben beschriebenen Bestimmungsmethoden verwendet werden können. Die Rotationsrichtung der Antriebswelle kann in an sich bekannter Weise aus der zeitlichen Abfolge der Signale der Spuren A und B ermittelt werden. Sind die Pegel der beiden Spuren A und B, siehe in Figur 2 Signal 210 bzw. 220, des Signalgebers beispielsweise auf logisch Null, so kann die Drehrichtung darüber ermittelt werden, ob als nächstes Signal eine logische Eins zuerst bei Spur A oder bei Spur B gemeldet wird. Durch Auswertung der jeweiligen Zustände der Signale der Spuren A und B kann somit jeweils die Drehrichtung eindeutig ermittelt werden.
Die Bestimmung der absoluten Position der Antriebswelle kann zum einen über eine sogenannte Einrichtfahrt stattfinden, bei der der Fadenführer eine bestimmte Position anfährt und diese als Referenzposition für die nachfolgenden relativen Positionsbestimmungen dient. Eine solche Referenzposition kann in einer Ausführungsform ein Umkehrpunkt des Fadenführers sein. In einer alternativen Ausführungsform kann der Inkrementalgeber bei einer bestimmten Position ein Referenzsignal liefern, sodass über dieses eine Referenzposition festgelegt werden kann. Sobald die absolute Position des Fadenführers ermittelt ist, kann über die oben angegebenen Methoden die Position in Relation zur Referenzposition ermittelt werden. Der maximale Winkelfehler einer damit ermittelten Position, die auf ein Winkelinkrement bestimmt werden kann, ist damit die Winkelbreite eines Winkelinkrements
Ύ / Inkrementzahl Dieser Winkelfehler ist damit umgekehrt proportional zur Anzahl der von dem Inkrementalgeber pro Achsumdrehung ausgegebenen Inkremente. Über die Geometrie der mechanischen Kopplung zu dem Fadenführer, d.h. in der hier beschriebenen Ausführungsform über den Radius des Antriebsrades, bestimmt dieser Winkelfehler damit direkt den Positionsfehler des Fadenführers.
Dieser Fehler ist jedoch in der Praxis nicht erreichbar, sondern ist tatsächlich größer, da zu diesem prinzipbedingten Fehler weitere Fehler hinzukommen. Dies können unter anderem mechanische Ungenauigkeiten des Inkrementalgebers sein, beispielsweise mechanische Ungenauigkeiten, oder Signallaufzeiten, die der zeitnahen Verarbeitung entgegenstehen. Diese Un- genauigkeiten können dazu führen, dass sich bei der Bestimmung der Ereigniszeit TEreignis eine Schwankung um den theoretischen Wert einstellt.
Aufgrund eines zeitlichen Taktzitterns der Winkelinkrementsignale , das in der Fachwelt als sogenannter Jitter bekannt ist, tritt im realen Zustand eine Schwankung auf. Insoweit ergeben sich unterschiedliche Ereigniszeiten zu TEreignisMin und TEreignisMm . Die sogenannte Jitterzeit tJitter ist von zahlreichen
Einflussgrößen wie z.B. der Qualität des Winkelinkrementgebers und der Taktfrequenz einer Auswerteeinheit abhängig. Da die Drehzahl über die Ereigniszeit gemessen wird, sind somit derartige Effekte bei der Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit zu berücksichtigen.
Weiterhin ergibt sich in der Praxis ein weiteres Problem, falls die Abtastzeit für die von dem Inkrementalgeber bereit gestellten Signale größer als die Taktzeit ist, mit der die Inkrementsignale tatsächlich bereitgestellt werden. Findet beispielsweise das Abtasten der Inkrementalwerte mit einer Abtastrate von 20kHz statt, so dass sich ein Abtastintervall von TAbtast = ergibt, während der Motor mit einer maximalen Winkelgeschwindigkeit, oder Drehzahl, von 17 Hz dreht und der Inkrementalgeber pro Umdrehung die oben erwähnten 8000 Inkrementinformationen bereitstellt, so ergibt sich eine Ereigniszeit zwischen zwei Inkrementen von
TEreignis = 1/(8000 ΠΗζ) = 7,35/« .
Demzufolge liegen mehrere Inkrementinformationen (Signalflanken) innerhalb eines Abtastintervalls. Diese könnten zwar von einer Auswerteeinheit eingelesen werden, jedoch würde die Auswerteeinheit nur die jeweils letzte Ereigniszeit in ihrem Speicher festhalten, sodass eine von der Auswerteein- heit neu ermittelte Ereigniszeit die jeweils zuletzt ermittelte und gespeicherte Ereigniszeit überschreiben würde. Ist das Abtastintervall größer als die Ereigniszeit, so liest die Steuerung nur die zuletzt von der Auswerteeinheit gespeicherte Ereigniszeit aus. Bei einer hohen Drehzahl des Motors werden damit nicht alle Ereigniszeiten von der Steuerung aus einer Auswerteeinheit ausgelesen. Wählt man hingegen die Anzahl der auszuwertenden Inkremen- te größer, so dass das Zeitintervall zwischen zwei Winkelinkrementsignalen bei gleicher Drehgeschwindigkeit größer wird, dann wird der erreichbare Winkel- bzw. Positionsfehler größer. Eine solche Auswertung über mehrere Winkelinkremente ist jedoch nachteilig im Reversiervorgang, da hier die Winkelgeschwindigkeit gering ist, sodass eine höhere Auflösung möglich ist. Die höhere Auflösung ist beim Reversiervorgang gewünscht, da hier eine exaktere Steuerung erforderlich ist. Figur 3 zeigt ein Schema 300 der erfindungsgemäßen Changiereinheit zur Lösung dieses Problems. Dabei ist der Motor 170 mit dem Inkrementalge- ber 180 verbunden, welcher die Inkrementsignale in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Antriebswelle 171 des Motors 170 erzeugt. Die von dem Inkrementalgeber 180 ausgegebenen Winkelinkrementsignale werden in einer Signalaufbereitungseinheit 310 aufbereitet und nach einer Doppelung anschließend einer ersten sogenannte QEP-Auswerteeinheit 320-1 (QEP=Quadratur Encoder Pulse) (QEP1) und einer zweiten QEP- Auswerteeinheit 320-2 (QEP2) zugeleitet. Die Signalaufbereitungseinheit 310 weist hierzu einen Optokoppler 370 auf, so dass das der Inkremental- geber 180 von den QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 galvanisch entkoppelt ist. Die QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 verarbeiten die von dem Inkrementalgeber 180 zugeleiteten Winkelinkrementsignale und leiten daraus erzeugte Datenströme von Winkelinformationen an eine Steuerung 330 weiter. Die QEP-Auswerteeinheiten können dabei als separate Funktionsblöcke implementiert oder integraler Bestandteil der Steuerung 330 sein. Sofern möglich kann das von dem Inkrementalgeber 180 erzeugte Winkelinkrementsignal bzw. das daraus gewandelte elektrische Signal ohne vorheriger Doppelung den QEP-Auswerteeinheiten zugeleitet werden.
Die QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 können mit einer derartigen Taktfrequenz programmiert sein, dass diese die Zeit TEreignis zwischen zwei oder einer beliebigen Anzahl von Inkrementen als Signal ausgeben und/oder die aktuelle Winkelposition ausgeben, beispielsweise als Winke- linkrement, und/oder die Drehrichtung ausgeben. Dazu wird eine QEP- Auswerteeinheit typischerweise mit einer Taktfrequenz programmiert und stellt dann einen Datenstrom von Winkelinkrementinformationen entspre- chend der Programmierung bereit, die während des Betriebs dann von der Steuerung auszulesen, d.h. abzutasten, sind.
Die von den QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 bereitgestellten Datenströme werden dann von einer Steuerung 330, die typischerweise einen Prozessor 360 enthält, ausgelesen und -wie nachfolgend beschrieben- weiter verarbeitet. Dabei werden die von dem Inkrementalgeber 180 erzeugten Winkelinkrementsignale jeweils an die QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 übertragen. Die Steuerung 330 ist mit dem Motor 170 über die Leitung 340 elektrisch verbunden und steuert diesen. Zum einen steuert damit die Steuerung 330 den Motor 170, zum anderen erhält die Steuerung 330 über den Inkremen- talgeber 180, die Signalaufbereitung 310 und die beiden QEP- Auswerteeinheiten 320-1, 320-2 Informationen über den angesteuerten Motor 170. Die Steuerung selbst kann dabei als digitale Schaltung ausgebildet sein, also eine sogenannte CPU (Central Processing Unit) und entsprechen- de periphere Beschaltungselemente, wie beispielsweise D/A- und/oder A/D für die Signalwandlung, sowie Leistungshalbleiter zur Erzeugung der Steuersignale für den Motor aufweisen.
Die erste QEP-Auswerteeinheit, also 320-1, ist dabei mit einer ersten Takt- frequenz so eingerichtet, dass diese den zeitlichen Abstand zwischen einem Nullten und einem N-ten Winkelinkrement ermittelt und als Datenstrom der Steuerung 330 zur Verfügung stellt, wobei N größer gleich 2 ist, sodass die QEP-Auswerteeinheit 320-1 die Zeitdauer für das Überstreichen von einer Anzahl N Inkrementen ermittelt, mit N>2 . Damit signalisiert die erste QEP-Auswerteeinheit 320-1 nicht den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden, also benachbarten, Winkelinkrementen, sondern den Abstand zwischen N>2 nacheinander folgenden Winkelinkrementen.
Die zweite QEP-Auswerteeinheit, also 320-2, ist mit einer Taktfrequenz so eingerichtet, dass diese einen Datenstrom mit den zeitlichen Abstand zwischen jeweils zwei direkt aufeinander folgenden Winkelinkrementen erzeugt, also den zeitlichen Abstand zwischen zwei Signalflanken der Spuren A und B signalisiert. Die zweite QEP-Auswerteeinheit 320-2 überträgt somit die ermittelten Winkelinkrementinformationen in kürzeren zeitlichen Abständen an die Steuerung als die erste QEP-Auswerteeinheit 320-1. Alternativ dazu können die QEP- Auswerteeinheiten jeweils die zeitlichen Abstände zweier unterschiedlicher Anzahlen von Inkrementen signalisieren, wobei die Anzahlen N jeweils größer als 2 sein können. Während des Betriebs der Changiereinheit ermittelt die Steuerung 330 die Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit ω gemäß einer der oben beschriebenen Gleichungen. Weiterhin ermittelt die Steuerung 330 die Position des Fadenführers 120 wie oben beschrieben aus der Anzahl der überstri- chenen Winkelinkremente mit Bezug auf eine Referenzposition. Dabei werden für die Berechnung dieser Werte die Winkelinkrementinformatio- nen der ersten QEP- Auswerteeinheit 320-1 zugrunde gelegt, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 des Motors 170 einen Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit überschreitet. Hierzu werden die Datenströme der QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320.2 einem Datenstrom- koppler 350 innerhalb der Steuerung 330 zugeführt, welcher die Datenströme der beiden QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 in Abhängigkeit von dem Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit selektiert und einen der Datenströme zur Regelung des Motors freigibt. Die Steuerung 330 verarbeitet den Datenstrom der ersten QEP- Auswerteeinheit 320-1 also nur dann, wenn die von der ersten QEP-Auswerteeinheit 320-1 übertragenen Signale einen ersten vorbestimmten Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit überschreiten, der Fadenführer 120 also mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 bewegt wird. Damit kann zum einen sichergestellt werden, dass für die Verarbeitung dieser Werte ausreichend Zeit verbleibt, bevor der nächste Wert zur Verarbeitung ansteht. Zum anderen ist der relative Fehler für Zeitabstände, die über mehrere Winkelinkremente ermittelt werden, kleiner als für Zeitabstände, die über ein einzelnes bzw. wenige Winkelinkremente ermittelt werden. Die von der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 bereitgestellte Datenstrom wird während der Zeit, in der der Datenstrom der ersten QEP-Auswerteeinheit 320-1 verarbeitet wird, ignoriert. Dieser Zustand liegt im Wesentlichen im linearen Bewe- gungsbereich des Fadenführers 120 zwischen den Urnkehrpunkten. In diesem Bereich wird der Fadenführer 120 durch den Motor 170 mit gleichmäßig hoher Führungsgeschwindigkeit geführt, so dass die Antriebswelle 171 mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit rotiert.
Obwohl moderne Schritt- oder Servomotoren sehr schnell auf Steuersignale reagieren, benötigt der Motor für einen Richtungswechsel, ein sog. Rever- siervorgang, am Ende der Changierbewegung, wenn also der Fadenführer ein Ende seiner Laufstrecke erreicht, die Bewegungsrichtung wechselt und anschließend in die entgegengesetzte Richtung läuft, eine endliche Zeit.
Dementsprechend steuert die Steuerung 330 den Motor 170 am Ende der Changierbewegung so, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 170 bis zur Drehrichtungsumkehr verringert wird. Der Fadenführer 120 wird dem- entsprechend am Ende des Changierhubs abgebremst und anschließend in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Dementsprechend werden während des Verringerns der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 die zeitlichen Abstände zwischen den Datenlieferungen der QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 größer. In dieser Phase prüft der Da- tenstromkoppler 350 die von der QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 ausgelesenen/abgetasteten Datenströme, ob diese einen vorgegebenen Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit über- oder unterschreiten. Gege- benenfalls, d.h. wenn die Ereigniszeit eine Schwellwertzeit überschreitet, so liest die Steuerung fortan den höher aufgelösten Datenstrom der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 aus und verarbeitet diesen. Zwar weisen diese Winkelinkrementinformationen einen größeren relativen Fehler auf, jedoch ist die Aktualisierungsrate größer, da die zweite QEP-Auswerteeinheit 320- 2 höher aufgelöste Signale bereitstellt. Mit weiter abnehmender Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle werden die Werte der Ereigniszeiten größer und der relative Fehler nimmt damit ab. In der Phase relativer geringer Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 171, die in den Umkehrberei- chen des Fadenführers 120 an den Changierhubenden auftreten, wird somit der Datenstrom der Winkelinformation der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 von dem Datenstromkoppler 360 für die Steuerung des Motors 170 freigegeben. Nachdem die Drehrichtung der Antriebswelle 171 umgekehrt wurde, also auch der Fadenführer 120 in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, steuert die Steuerung 300 den Motor 170 so an, dass dieser seine Drehbewegung möglichst schnell wieder bis zu einem Maximalwert beschleunigt. Entsprechend werden die von den QEP- Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 signalisierten Zeitabstände sowie die zeitlichen Abstände der Signalisierung selbst kleiner. Dabei ignoriert die Steuerung den Datenstrom der ersten QEP-Auswerteeinheit 320-1, sondern verarbeitet den von der zweiten QEP- Auswerteeinheit 320-2 gelieferten Datenstrom, solange die von der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 gelieferten Signale einen zweiten vorbestimm- ten Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit nicht überschreiten. Sobald der Datenstromkoppler 350 der Steuerung 300 diese Überschreitung feststellt, wird der Datenstrom der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 ingnoriert und nur der von der ersten QEP- Auswerteeinheit 302-1 bereitgestellte Datenstrom wird zur Steuerung des Motors 170 genutzt.
Auf diese Weise verarbeitet die Steuerung der Changiereinheit nur die Da- tenströme der ersten QEP- Auswerteeinheit 302-1 dann, wenn die Antriebswelle 171 des Motors 170 schnell dreht. Erkennt der Datenstromkoppler 350 der Steuerung 330 jedoch, dass der Motor 170 mit niedriger Winkelgeschwindigkeit dreht, die zeitlichen Abstände zwischen Inkrementen also groß sind, so verarbeitet die Steuerung 330 die Datenströme der zweiten QEP- Aus werteeinheit 302-1, welche die Winkelinkremente in kleineren Zeitabständen bereitstellt.
Der erste vorbestimmte Schwellwert der Winkelgeschwindigkeit kann dabei gleich dem zweiten vorbestimmten Schwellwert der Winkelgeschwindig- keit sein. Alternativ dazu können die beiden Schwell werte ungleich groß sein. Insbesondere kann der erste vorbestimmte Schwellwert kleiner als der zweite vorbestimmte Schwellwert sein, sodass eine Hysteresekurve durchlaufen wird. Die Auswertung der von der zweiten QEP- Auswerteeinheit 320-2 bereitgestellten Datenströme, also der zeitlich feiner abgestuften Signale, bewirkt, dass rund um den Reversierpunkt des Fadenführers 120, wenn also der Motor die Drehrichtung wechselt, feiner abgestufte Signale mit höherer Aktualisierungsrate zur Auswertung durch die Steuerung bereitgestellt werden. Demgegenüber werden bei hoher Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 des Motors 170 grober aufgelöste Datenströme von Winkelinkremen- tinformationen verarbeitet, sodass damit sichergestellt ist, dass für die Ver- arbeitung aller zur Verarbeitung vorgesehenen Signale auch ausreichend Zeit bzw. Rechenleistung zur Verfügung steht und Signale mit kleinem relativen Fehler verarbeitet werden.
Die beschriebene Changiereinheit sowie das Verfahren zur Steuerung der Changiereinheit ermöglichen damit eine exaktere Steuerung des Fadenführers, die eine genauere Ablage des Fadens auf der Spule ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
Changiereinheit zum Führen eines Fadens mittels eines Fadenführers (120) umfassend einen Motor (170) mit einer Antriebswelle (1 1) zum Antrieb des Fadenführers (120), eine mit dem Motor (170) gekoppelte Steuerung (330) und einen mit der Antriebswelle (171) des Motors (170) gekoppelten Inkrementalgeber (180), welcher mit der Steuerung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (330) eine erste QEP-Auswerteeinheit (320-1) zur Erzeugung eines ersten Datenstroms und eine zweite QEP- Auswerteeinheit (320-2) zur gleichzeitigen Erzeugung eines zweiten Datenstroms aufweist.
Changiereinheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste QEP-Auswerteeinheit (320-1) mit einer ersten Taktfrequenz für hohe Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (171) programmiert ist und dass die zweite QEP-Auswerteeinheit (320-2) mit einer zweiten Taktfrequenz für niedrige Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (171) programmiert ist.
Chnagiereinheit nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Taktfrequenz der ersten QEP-Auswerteeinheit (320-1) zur Erzeugung eines Taktes für ein Intervall einer Anzahl von N, N größer 2, von Winkelinkrementen bestimmt ist und dass die zweite Taktfrequenz der zweiten QEP-Auswerteeinheit (320-1) zur Erzeugung eines Taktes für jedes separate Winkelinkrement bestimmt ist.
Changiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (300) einen Datenstromkoppler (350) aufweist, welcher mit den QEP- Auswerteeinheiten (320-1; 320-2) verbunden ist und welcher in Abhängigkeit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit einen der Datenströme der QEP- Auswerteeinheiten (320-1; 320-2) zur Regelung des Motors (170) freigibt.
Changiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Signalaufbereitungseinheit (310) zwischen dem Inkrementalgeber (180) und den QEP- Auswerteeinheiten (320-1; 320-2) angeordnet ist, durch welche eine Dopplung eines Winkelinkrementalsignals des Inkrementalgebers (180) erzeugbar ist.
Changiereinheit nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalaufbereitungseinheit (310) zur Übertragung der gedoppelten Winkelinkrementalsignale einen Optokoppler (350) aufweist.
Changiereinheit nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (171) mittels eines Antriebsrads (140) einen Riemen (130) antreibt, der mit dem Fadenführer (120) gekoppelt ist.
8. Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit zum Führen eines Fadens mittels eines Fadenführers, wobei die Changiereinheit einen Motor mit einer Antriebswelle zum Antrieb des Fadenführers , einen Inkrementalgeber zur Erfassung eines Winkelinkrements der
Antriebswelle und eine mit dem Motor gekoppelte Steuerung aufweist, mit den Verfahrensschritten:
-Ermittlung von Winkelinkrementsignalen der von der Antriebswelle überstrichenen Winkelinkremente,
-Erzeugung zweier separater Datenströme von
Winkelinkrementinformationen aus den Winkelinkrementsignalen, und -Ermittlung einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle aus einer der Datenströme zur Steuerung des Motors.
Verfahren nach Anspruch 8,
mit den weiteren Schritten
- Erzeugen des ersten Datenstroms mit einer Taktfrequenz, mit welcher ein Takt für ein Intervall einer Anzahl von N, N 2, von Winkelinkrementen erfasst wird, und
- gleichzeitiges Erzeugen des zweiten Datenstroms mit einer Taktfrequenz, mit welcher ein Takt für jedes separate Winkelinkrement erfasst wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, das s
bei Überschreiten einer vordefinierten Winkelgeschwindigkeit der Motor basierend auf dem ersten Datenstrom und bei Unterschreiten der vordefinierten Winkelgeschwindigkeit der Motor basierend auf dem zweiten Datenstrom gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Winkelinkrementsignale des Inkrementgebers vor der Erzeugung der Datenströme gedoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Winkelinkrementsignale des Inkrementgebers optoelektronisch mit einer galvanischen Stromkreistrennung übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle des Motors mittels eines Antriebsrades einen Riemen antreibt, der mit dem Fadenführer gekoppelt ist.
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