NL8302945A

NL8302945A - Werkwijze en inrichting voor het contactloos meten van de spanning in draadvormige produkten en bewegende oppervlakken.

Info

Publication number: NL8302945A
Application number: NL8302945A
Authority: NL
Original assignee: Rhone Poulenc Fibres
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1984-04-16
Also published as: LU85011A1; CH654922A5; JPS5979133A; ES8405518A1; DE3334112A1; FR2533314A1; BE897786A; BR8305239A; FR2533314B1; GB8323811D0; GB2127544B; IT8322491A0; GB2127544A; IT1168962B; ES525798A0

Description

'^£J- N.0. 31956 1

Werkwijze en inrichting voor het contactloos meten van de spanning in draadvormige produkten en bewegende oppervlakken.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het contactloos meten van de spanning in draadvormige produkten en bewegende oppervlakken.

Onder draadvormige produkten verstaat men alle textiele draden, 5 kunststofdraden, metaaldraden en optische vezels^ welke textiele draden zich voordoen als continue draden, multifilamentaire draden of uit meerdere monofilamenten samengestelde draden, monofilamenten, gesponnen draden, die alleen of in combinatie met andere natuurlijke, kunstmatige, synthetische of minerale materialen worden gebruikt.

10 Onder oppervlak wordt verstaan elk geweven, getricotteerd of niet geweven textiel oppervlak, kunststof filmoppervlak, vezeldoek, banden en linten van plastic, papier of metaal.

In de textielindustrie is de gelijkmatigheid van de spanning van een draad tijdens zijn fabrikage en tijdens de transformatie daarvan 15 van groot belang; in feite leiden onregelmatigheden in de spanning tijdens de fabrikage van de draden bijvoorbeeld tot onregelmatigheden in de oriëntatie waardoor verschillen worden opgeroepen in de verfstofaf-finiteit, verzwakkingsgebieden ontstaan in het geval van monofilamenten, onregelmatigheden in het uiterlijk van de eindprodukten waariun 20 deze draden worden gebruikt. Tijdens de transformatie van de draden, tijdens het weven of tijdens het tricotteren, kunnen onregelmatigheden in de spanning bijvoorbeeld leiden tot draadbreuk op de machines of tot fouten in het uiterlijk van het uiteindelijke weefsel of tricot. Hetzelfde geldt voor vezeldoek, bijvoorbeeld tijdens het scheren ervan.

25 Als het gaat om metalen draden, dan is een regelmatige spanning tijdens het draadtrekken en tijdens het staan van de draden van primair belang. Hetzelfde geldt tijdens de fabrikage van kunststof films, bijvoorbeeld tijdens het trekken ervan en het oprollen ervan. Hetzelfde geldt ook voor de regelmatigheid van de spanning in vezelvormige pro-30 dukten die men overtrekt of bestrijkt.

In de navolgende beschrijving wordt ter vereenvoudiging gesproken over draadvormige produkten en oppervlakken, waarmee de bovengenoemde produkten worden aangeduid.

Der onderhavige uitvinding heeft ten doel een eenvoudige werkwijze 35 en een inrichting te verschaffen die het mogelijk maken om voortdurend de spanning te bewaken van diverse delen van een, door een bewegend produkt gevolgde baan.

C -j ·· * t 2 * V 1

De onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze voor het voortdurend meten van de spanning in een bewegend produkt, welke meting wordt uitgevoerd zonder contact tussen het produkt en de inrichting voor het uitvoeren van de meting, welk bewegend produkt over een 5 lengte bepaald door zijn baan tussen twee vaste punten onderworpen wordt aan transversale trillingen, met het kenmerk, dat deze trillingen op afstand worden gedetecteerd door een optisch stelsel dat informatie overdraagt aan een elektronisch stelsel waarmee de middelen voor het uitzenden van de trillingen en de middelen voor het op afstand detecte-10 ren van de genoemde trillingen, gekoppeld met een meetinrichting, worden bestuurd.

De twee vaste punten langs de baan die door het bewegende produkt wordt afgelegd zijn bepaald door elementen van de fabrikagemiddelen of de produkttransformatiemiddelen.

15 Onder contactloos verstaat men een totale afwezigheid van contact of een licht contact met een zeer zwakke wrijving die geen invloed heeft op de kwaliteit van het produkt.

De onderhavige aanvrage heeft verder betrekking op een inrichting voor het ten uitvoer brengen van de bovengenoemde werkwijze, voorzien 20 van een stelsel voor het genereren van trillingen, een stelsel voor het op afstand detecteren van de genoemde trillingen, een elektronisch be-sturingsstelsel gekoppeld met de twee eerder genoemde stelsels, en een meetinrichting, met het kenmerk, dat het stelsel voor het op afstand detecteren van de genoemde trillingen een optisch stelsel is.

25 Het principe van de meting berust op de wet van de trillende sna ren: de fundamentele frequentie fQ van de transversale trilling van een gedeelte met een lengte L van het produkt genomen bijvoorbeeld tussen twee geleidingselementen of twee geleidingsrollen of een gelei-dingselement en een rol, enzovoort, is gerelateerd aan de spanning t 30 (kracht per eenheid van oppervlak) via de relatie f°(ïz) -1¾ ' (i/te)

Het optisch waarnemen van deze frequentie maakt derhalve een eenvoudige 35 bepaling van de spanning mogelijk. Men kan ook uitgaan van harmonischen van de grondfrequentie wanneer deze laatste slecht is aangepast aan de meting, wanneer de grondfrequentie te zwak zou zijn; in dat geval is de relatie tussen de frequentie en de spanning, als het gaat om de N-de harmonische, bepaald door - N.fg.

40 De meting kan worden uitgevoerd in lucht of in een omhullend medi- fj? Λ '.·> .? *· O ‘j v ' ; ’ ') - . ____________aaa_

ι , f .... A

3 um.

Als stelsel voor het genereren van de trillingen zal men bij voorkeur een luidspreker gebruiken, aangepast aan het over te dragen frequentiespectrum en geplaatst in de nabijheid van het midden van de 5 trillende draad en op een afstand van de draad die kan variëren bij voorkeur tussen 1 cm en 20 cm, waarbij het mogelijk is om het vermogen te concentreren door toevoegen van een akoestisch convergentiemiddel; men kan ook kiezen voor een elektrodynamische triller, waarvan het trillende gedeelte eindigt in een keramische pen aangebracht tegen het 10 produkt welke pen een van de eindaanslagen van de trillende draad vormt. Het voordeel van de luidspreker is de afwezigheid van enig contact met het produkt, de trilling wordt via de lucht overgedragen; enkele lichte ongemakken kunnen zich echter voordoen in het geval van een sterke spanning tengevolge van het optreden van een fasedraaiing tussen 15 de trilling van de luidspreker en de beweging van het produkt. De elek-tromechanische triller heeft het voordeel dat ze nooit een fasedraaiing veroorzaakt, maar daarentegen heeft ze een licht contact met het produkt en kan bovendien een driehoekige beweging induceren gesuperponeerd op de normale trillingsmodus als ze trilt op een frequentie die niet 20 gelijk is aan de r'esonantiefrequentie van het produkt, en deze driehoekige beweging is rampzalig voor de functie van de elektronische stuur-middelen. Dit parasitaire verschijnsel kan worden onderdrukt door afre-geling van elektronische filters.

Als algemene regel kan men ervan uitgaan dat als men spanningen 25 wil meten die in hoofdzaak lager zijn dan de bovengrens die een functie is van de aard van het produkt en van zijn titer (draadvormige produk-ten), en die zich voor textiele vezels bevinden ongeveer rond 10 g/tex, dan is de luidspreker de best aangepaste excitatie-eenheid. Tijdens de werking van het apparaat hebben de uit te voeren regelingen betrekking 30 op de optische waarnemingsrichting en op de afregeling van de filters en van de versterkingsfactor; de sturende elektronica stelt zich dus zonder moeite in op de te meten resonantie. Voor het meten van een spanning hoger dan de in het bovenstaande aangegeven grens, zal er een fasedraaiing optreden tussen de luidspreker en de detector, die des te 35 sterker is als de spanning hoger is. Als deze hogere spanning een beetje fluctueert, in de orde van +20% rond het gemiddelde, dan is de fasedraaiing 0 nagenoeg constant. Men introduceert dan in het volgcircuit een tegengestelde fasedraaiing -0 die de normale functie van het apparaat herstelt. Het meten van een hogere spanning kan dus ook worden 40 uitgevoerd in het geval men een luidspreker gebruikt, zonder dat een ^ * \ · -3

·- - j % "7 ' J

i ‘ * 4 extra regeling nodig is, hetgeen van belang is aangezien immers zoals in het bovenstaande is beschreven de luidspreker geen enkel contact heeft met de draad. Men kan echter voor hogere spanningen ook de hulp inroepen van de elektrodynatische triller.

5 In de bijgaande figuur 1 ziet men de luidspreker 1 gesitueerd in de nabijheid van het midden van de trillende draad gevormd door het produkt 2 tussen de twee punten 3 en 4 op de baan van het bewegende produkt.

Op de bijgaande figuur 2 ziet men de elektrodynamische triller 5 10 in contact met het produkt 2, gesitueerd bij een uiteinde 3 van de trillende draad gevormd door het tussen de twee punten 3 en 4 bewegende produkt 2.

Het stelsel voor het op afstand detecteren van de trillingen is bij voorkeur een optisch stelsel voorzien van een laser met laag vermo-15 gen, bijvoorbeeld een helium/neonlaser, waarmee het produkt wordt belicht onder een nagenoeg loodrechte invalshoek en een objectief dat een deel van het licht, verstrooid, gereflecteerd en gerefracteerd door het produkt, terugzendt naar een fotodetector gevormd door een fototransis-tor en zijn polarisaatie elektronica, welke fotodetector de intensiteit 20 meet van een deel van het door het produkt gereflecteerde licht. De transversale bewegingen met een amplitude hoger dan enekele tientallen micron, modificeren de belichting van het produkt door de laser, en derhalve ook de intensiteit ontvangen door de fotodetector; en deze laatste levert een intensiteitssignaal gemoduleerd met de frequentie 25 fo of %, waarbij de transversale intensiteitsverdeling in een sectie van de laserbundel een gaussisch verloop heeft; terwijl het produkt zich verplaatst in een sectie vari'éert zijn belichting en de intensiteit ontvangen door de fotodetector reflecteert de bewegingen van het produkt. De nadruk wordt gelegd op het feit dat de frequentie van de 30 optische detector identiek is aan die van de generator. De waarneer-richting van de laser moet zodanig worden afgeregeld dat de transversale bewegingen van de draad strijken over een flank van de gaussverde-ling. Het is mogelijk om de spreiding van de verdeling te vergroten door toevoeging van een cilindrische lens tussen de laser en het pro-35 dukt; deze toevoeging kan worden gebruikt voor het handhaven van het produkt in de bundel als de bundel transversaal wegbeweegt als gevolg van bijvoorbeeld een slechte spanningsregeling, een mechanische fout in de door het produkt te volgen baan, een blaasinrichting onder een trek-plaat bijvoorbeeld tijdens de fabrikage van een draad of een slechts 40 stabiliteit van de wikkelingen op rollen of spoelen. De afstand tussen r\ a ·- - . -· -} 0

' * A

5 het optische stelsel en het produkt variëert bij voorkeur tussen 5 cm en 50 cm. Op de bijgaande figuur 3 ziet men het produkt 2, de laser 6, de wegneembare lens 7, het objectief 8 dat in zijn algemeenheid wordt gevormd door een convergerende lens en de fototransistor 9.

5 In de bijgaande figuur 4 is de gaussverdeling weergegeven van de transversale intensiteit I in een deel van de laserbundel op een afstand R van het midden 0*

In de bijgaande figuur 5 zijn diverse soorten waarnemingstoestan-den van de laser weergegeven, waarbij met 0 het midden van de bundel is 10 aangegeven, F de gemiddelde positie van de draad in de bundel is, A de trillingsamplitude van het produkt is; waarbij figuur 5a dus de optimale waarnemingstoestand weergeeft, figuur 5b een correcte toestand, figuur 5c en figuur 5d slechte toestanden.

Het elektronische stuurstelsel gekoppeld met de twee voorafgaande 15 stelsels is opgebouwd uit een aantal middelen waarbij de belangrijkste delen van de ondersteunende elektronica van de inrichting zijn weergegeven in de bijgaande figuur 6.

De excitatie-eenheid, bijvoorbeeld de luidspreker 1, wordt gevoed via een versterkertrap 10 en een vermogensversterker 11 uit een laag-20 frequente generator 12. Het door het detectiestelsel 13 afgegeven signaal wordt behandeld in een combinatie van twee regelbare filters 14, hoogdoorlatend en laagdoorlatend, bestemd voor het selecteren van het frequentiespectrum waarin de gezochte resonantiefrequentie of de harmonische daarvan zich bevindt. Het filtersignaal Sj_ en het signaal S2 25 dat toegevoerd wordt aan de excitatie-eenheid 1 worden met elkaar vergeleken in een fasedetector 15, die de generator 12 bestuurt via een stuurspanning. De lus die op deze wijze is gevormd stelt zich automatisch in op de frequentie waarbij er fase-overeenstemming is tussen en S2· Deze frequentie is de gezochte resonantiefrequentie. Om 30 een meetwaarde voor deze frequentie te verkrijgen wordt het signaal aan de uitgang van de filters 14 omgevormd tot een vierkantsgolf 16 en toegevoerd aan een pulsen tellend instrument 17 waarmee een aflezing via een indicatie mogelijk is en/of een registratie van de meetwaarde van de frequentie mogelijk is, en de spanning wordt vervolgens berekend met 35 behulp van de eerder gegeven formule, of wel met de hand, of wel met een geschikt in lijn geschakeld berekeningsapparaat. Men kan dus bijvoorbeeld een frequentiemeter gebruiken, een periodemeter of een rekenmachine die in staat is om dezelfde functie uit te voeren. Meestal is het voldoende om de versterkingsfactor 10 met de hand na te regelen op 40 een vaste waarde waarmee een goede signaalkwaliteit wordt verzekerd.

____- ·£- 6

Echter, als het signaal van het detectiestelsel veel in amplitude vari-*éert, dan is het mogelijk on de versterkertrap 10 zodanig te sturen dat een constant niveau van het signaal S]^ wordt gehandhaafd. Om de reger-ling van de optische richting van de laser, de instellingen van de fil-5 ters 14 en van de versterkingsfaetor 10 te vergemakkelijken kan de fil-tertrap voorzien zijn van twee besturingsuitgangen (een signaal voor en na de filtering) die zichtbaar gemaakt kunnen worden op een oscillo-scoop.

Met de inrichting is het ook mogelijk cm de titer van een vezel- 10 vormig produkt zoals een textiele vezel te meten; als men in feite een deel van de vezel houdt op een kracht F uitgedrukt in grammen, dan kan men na meting van de spanning t in g/tex de titer berekenen uit de re-F(g) latie: T(tex) t(g/tex) 15 Men kan dus vaststellen dat het mogelijk is de lijnspanning van dergelijke produkten te meten dankzij twee voordelige principes: een optische detectie op afstand gebruikmakend van een laser, waarmee verstoring van de luchtstroming bijvoorbeeld rond een deel van een filament of draad wordt voorkomen, en een besturingsmiddel dat gevoelig is 20 voor de fase (fasedetector) die het mogelijk maakt een precisie te bereiken die voldoende is in alle zones van de door het produkt te volgen baan.

Zoals dus is aangegeven kan de inrichting worden gebruikt voor het meten van de spanning tijdens de fabrikage of de transformatiebewerkin-25 gen van produkten ongeacht de snelheid van deze laatsten.

De navolgende voorbeelden illustreren de onderhavige aanvragen zonder deze te begrenzen.

Voorbeeld 1

Men wil de spanning meten van een monofilament tijdens de fabrika-30 ge ervan tussen de trekplaat en de verzamelrol: gegevens van het spinnen: - draad van polyhexamethyleenadipamide - titer van het monofilament op de verzamelhaspel 1 dtex (einddraad produkt 44/13) 35 - snelheid van de rol 1030 m/min - afstand trekplaat-rol: 2 meter gegevens van de meting: - heliumneonlaser van 2 mW voorzien van een cilindrische lens met brandpuntsafstand 80 mm, optische afstand tot de draad: 30 cm 40 - luidspreker met een membraandiameter van 20 cm zonder convergentie- * 7 middelen gemonteerd in een beschermende omhulling, afstand luidspreker-draad regelbaar tussen 2 en 10 cm.

De gemeten spanning is 2,4 g/tex +0,1 g/tex. Deze meting van de spanning, hoewel uitgevoerd onder moeilijke omstandigheden, houdt reke-5 ning met de wervelingen na de trekplaat, en maakt het desalniettemin mogelijk, dankzij het volgen van zijn waarde, eventuele variaties in temperatuur of de theologische samenstelling van het polymeer te elimineren.

Voorbeeld 2 10 Dit voorbeeld heeft betrekking op de meting van de spanning tussen de voorafgaande verzamelrol en de smeerrol. gegevens van het spinnen: - draad van polyetheenglycoltereftalaat met monofilamentfilter: 4 dtex/ monofilament 15 - afstand tussen de verzamelrol en de smeerrol: 0,50 m, waarbij de smeerrol geplaatst is tussen de verzamelrol en de trekrollen en een smeerfilm aanbrengt op de draad - snelheid van de verzamelrol: 600 m/min - snelheid van de trekrollen; 2500 m/min 20 gegevens van de meting: - heliumneonlaser van 2 mW zonder cilindrische lens geplaatst op 30 cm afstand van de draad - luidspreker met diameter van 20 cm zonder convergentiemiddel geplaatst op een afstand van 1 è 5 cm van de te meten draad.

25 De gerealiseerde draad is 140 dtex/30 monofilamenten.

De gemeten spanningen +2£ zijn: 6,25 g/tex voor een trekverhouding van 4,6 6,75 g/tex voor een trekverhouding van 4,9.

Voorbeeld 3 30 Dit voorbeeld heeft betrekking op de meting van een draad van po- lyethyleenglycoltereftalaat van 280 dtex/60 monofilamenten tussen de afleverrollen en een vervlechtingsmondstuk.

- snelheid van de afleverrollen: 3000 m/min gegevens van-de meting: 35 - heliumneonlaser van 2 mW zonder cilindrische lens geplaatst op een afstand van 30 cm van de draad - luidspreker met een diameter van 20 cm, zonder convergentiemiddel g^ situeerd op een afstand van H 5 cm van de draad.

De gemeten spanning was 0,80 g/tex + 2% voor een wikkelsnelheid 40 van de vervlochten draad van 2900 m/min.

8

Voorbeeld 4

Teneinde het dynamometrische gedrag van een draad van polyethy-leenglycoltereftalaat te karakteriseren plaatst men in de fabrikagelijn een paar rollen of een tweetal optrekelementen na de trekrollen. De 5 snelheid van het tweetal kan lineair variëren in de tijd waarmee aan de draad een extra progressieve verlenging wordt meegegeven. Wanneer tijdens de versnelling van het tweetal de ontwikkeling van de spanning wordt geregistreerd dan verkrijgt men een dynamometrische kromme. Deze kromme is weergegeven in de bijgaande figuur 7 en werd verkregen ge-10 bruikmakend van de elektrodynamische triller, waarbij het signaal werd gemeten door een computer van het merk SEMS, die gebruikt werd voor het bewaken van de positie, en de keramische pen gesitueerd was aan de uitgang van de trekrollen voor het exact lokaliseren van het bovenste knooppunt van het trillende koord.

15 De omstandigheden bij de realisatie waren de volgende: draadde- biet: 40 g/minuut voor een draad van 140 dtex/30 monofilamenten, snelheid van de trekrollen: 300 m/min, snelheid van het tweetal optrekeen-heden 3000 m/min 3 3150 m/min, lengte van het trillende koord tussen de keramische vingers en de elektrodynamische triller: 0,34 m, acquisitie 20 op de computer: 1 punt in figuur 7 correspondeert met een telling van 10 perioden, ritme: 1 punt/seconde.

Voorbeeld 5

De spanning wordt gemeten van een met messing beklede ijzerdraad van 0,385 g/meter stroomopwaarts van een mechanische draadwinder die de 25 draad opwikkelt met een snelheid van 90 m/min.

Met de inrichting volgens de aanvrage wordt als meetwaarde 1,8 kilo verkregen. Bij controle met een contactspanningsmeter van het type Rotschild werd als meetwaarde 1,9 kilo verkregen, hetgeen een vergelijkbare meetwaarde is. Desalniettemin is de meting met de contactspan-30 ningsmeter niet stabiel vanwege de wrijving tegen de meetmidelen, en de overigens op zichzelf zeer minieme verschillen in diameter van de met messing beklede ijzerdraad.

Voorbeeld 6

De spanning wordt gemeten in een streng van vier met messing be-35 klede ijzerdraden stroomopwaarts van een mechanische wikkelinrichting die de streng opwikkelt met een snelheid van 90 m/min. De gemeten spanning is 7 kilo met de inrichting volgens de aanvrage en 8 kilo met de contactspanningsmeter van het type Rotschild.

Bij een wikkelsnelheid van 320 m/min is de spanning 12,5 kilo ge-40 meten met de inrichting volgens de aanvrage en 12 kilo met de andere ^ " ** r \ ^

·* .-Λ '-· -W

4 " a .............................................

9 contactinrichting met de al reeds genoemde nadelen van het contact.

Voorbeeld 7

Gemeten wordt de spanning van een getwiste kabel van 17 g/meter bij een wikkelsnelheid van 90 m/min. Met de Inrichting volgens de aan-5 vrage wordt 10 kilo gemeten, en deze meetwaarde is stabiel, maar met de contactspanningsmeter is de meetwaarde niet betrouwbaar vanwege de optredende torsie en vari'éert tussen 9 en 11 kilo, hetgeen zeer goed het voordeel aantoont van het gebruik van de contactloze spanningsmeter volgens de aanvrage.

t —* v*.

S.JS "V V

Claims

1. Werkwijze voor het continu meten van de spanning van een bewegend produkt, zonder contact tussen het produkt en de voor de meting gebruikte inrichting, waarbij het bewegende produkt over een lengte die 5 wordt bepaald door zijn baan tussen twee vaste punten wordt onderworpen aan transversale trillingen, met het kenmerk, dat deze trillingen op afstand worden gedetecteerd door een optisch stelsel, dat signalen overdraagt aan een elektronisch stelsel waarmee de middelen voor het uitzenden van de trillingen en de middelen voor het op afstand detecte- 10 ren van de genoemde trillingen, gekoppeld met een meetapparaat worden bestuurd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het produkt een draadvormig produkt is. i . Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het opti- 15 sche stelsel voor het detecteren van de trillingen voorzien is van een laser.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de optische detector een wisselspanningssignaal levert met dezelfde frequentie als het bekrachtigingssignaal dat geleverd wordt door de middelen die de 20 transversale trillingen opwekken.

5. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, voorzien van een stelsel voor het genereren van trillingen en stelsel voor het op afstand detecteren van de genoemde trillingen, een elektronisch stuurstelsel dat verbonden is met de twee bovengenoemde 25 stelsels en een meetmiddel, met het kenmerk, dat het stelsel voor het op afstand detecteren van de genoemde trilligen een optisch stelsel is.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het optische stelsel voorzien is van een laser.

7. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de inrich ting eveneens wordt gebruikt voor het meten van de titer van textiele draden. ******* , ' -n