TWI502194B

TWI502194B - 用於監控纖維材料品質之電容式操作感測器單元，及用於製造毛圈織物之裝有彼的機器

Info

Publication number: TWI502194B
Application number: TW098139121A
Authority: TW
Inventors: Axel Flad; Manuel Schwab
Original assignee: Sipra Patent Beteiligung
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2015-10-01
Also published as: CN102224414B; EP2359126B8; DE102008059176A1; TW201030333A; EP2359126B1; EP2359126A1; CN102224414A; WO2010060399A1; BRPI0921189A2

Description

用於監控纖維材料品質之電容式操作感測器單元，及用於製造毛圈織物之裝有彼的機器

本發明係關於一種用於監控纖維材料品質之電容式感測器單元及一種用於製造毛圈織物之裝有彼的機器。

在紡織工業中且特別地在紡絲技術中通常習慣是要恆定地監控待處理之纖維材料的品質。在本發明之構造中，“纖維材料”一詞據了解是指實質直線之延長的紡織材料，特別是纖維帶、紗、梳理條、飛體粗紗、飛體架構條、纖絲等，這些纖維材料受到特定之處理操作且饋至拉曳系統、紡絲裝置或類似之用於此目的者。

例如使用機械式、光學式或電容式裝置可以進行此種纖維材料品質之監控。對於機械式監控而言，使用具有滾輪之感測器單元，該滾輪帶有企圖接收該纖維材料之圓周溝槽，而例如測隙滾輪(DE 28 50 775 A1)或測隙指(DE 199 50 901 A1)嚙合於該圓周溝槽中。纖維材料之密度或質量的變動導致測隙滾輪或測隙指的位置的對應變動且利用相關之位置測量裝置來偵測。光學式感測器單元(例如DE 32 37 371 A1)具有由發光二極體及光阻器所形成之光電室(cells)，而纖維材料通過該光阻器。最終，電容式感測器單元裝有測量用電容器(例如EP 0 924 513 A1、DE 199 08 236 A1)，該電容器具有二個限定纖維材料通過之通道的平行電容器板。依照纖維材料的變動而改變之測量用電容器的電容係作為測量值。

對於所謂之紡絲-針織機(例如PCT WO 2004/079068 A2)及其他線跡形成機而言，現今也需要所述形式之感測器單元，呈纖維帶、飛體架構條或類似之已在拉曳系統或藉由其他裝置拉細者的形式的纖維材料，直接饋至感測器單元，而非以一般紗形式。在此可以有利地使用機械感測器單元，因為彼引起相對低之雜訊，對於外部影響實際上不敏感且適當精確地偵測纖維計數之變動(例如在纖維材料橫截面中纖維之數目)。然而，在此之缺點是：彼係由至少二個組件(亦即可移動組件(測隙滾輪、測隙指或類似者)及電測位裝置)所組成。因為現代之針織機可以例如有96個針織系統且對每一針織系統而言需要至少一個感測器單元，故僅監控纖維材料之成本即高的無法令人接受。

光學式感測器單元大體上不適合固定性地監控紡絲-針織機中之纖維材料的目的，因為彼之操作不精確且對無可避免之污染也具敏感性。

因為板電容器之應用通常不夠精確且容易被例如無可避免之雜訊所干擾，上述形式之電容式感測器單元也已變為已知(例如PCT WO 2006/105676 A1)，其中二電容器板之一在其邊緣上裝有二個絕緣貼合之保護性電極而隨時間變化之電壓被施加至保護性電極。雖然此型之感測器單元具有製造成本不昂貴的優點，但彼之缺點是彼對於纖維材料而言不具有任何機械導引且測量訊號之訊號強度太低以致幾乎不超過背景雜訊，且因此僅能不精確地偵測到纖維密度或纖維質量之不可接受的變動。此至少適用在彼於製造針織貨品的機器的應用上。因為與市面上可得之纖維材料單位長度(在其長軸或輸送方向上視之者)有關之纖維厚度及/或纖維質量常有較頻繁的變動，故迄今需要接受因纖維材料之厚或薄的區所引起之品質不均的針織品，或需要採取昂貴方法以避免纖維材料之此種變動或除去該針織貨品之缺陷。

為避免此缺點，在該申請人之尚未公告的專利申請案中已建議一種具有電極配置體之上述形式的感測器單元，其特別適合所謂之3-電極測量原則的應用。測量已顯示：即使當存在極小之電容改變時，利用此種電極配置體獲得相對高之測量訊號。再者，由於測量電極之構形，纖維材料可強制地被均勻導引，以致由纖維材料所致之無可避免的雜訊不因纖維材料在測量區中的不受控的移動而增加。結果，由纖維質量之變動所引起之纖維材料的厚或薄的區、外來物之包括或類似者可以容易地被偵測。然而，在此感測器單元之實際使用期間已發現：此感測器單元對外來影響是敏感的，此電極配置體之結構與夾於其中之纖維的鬆脫危險有關，且不同結構部份之製造及組裝皆不令人滿意。

由此開始努力，形成本發明基礎之技術問題是要構成上述感測器元件以獲得相對強的測量訊號，對外來干擾實質上較不具敏感性且仍可以便宜地製造且安裝。也要提供裝有此種感測器元件之機器。

僅藉由具有申請專利範圍第1項之特徵部份之感測器元件及具有申請專利範圍第27項之特徵部份的機器，即解決此問題。

本發明提供下述優點：供纖維材料用之滑動表面僅需要由一成分組成且因此避免纖維之挾持。再者，測量電極之較佳的屏蔽被達到且利用彼獲得對外來影響之低的敏感性。最後，依本發明之感測器單元在製造、不同部份之組合及其在企圖製造針織貨品之機器的設置方面具有優點。

本發明之另外有利的特徵由申請專利範圍依附項顯明。

本發明將在以下連同以例示之具體實例為基礎之所附圖示更詳細說明。

圖1及2顯示依本發明之電容感測器單元，其用來監控在連續方法中供應至例如拉曳系統(未顯示)之以纖維帶、飛體條或類似形式提供的纖維材料1品質。欲檢查例如纖維材料1之均勻性及與此相關之厚或薄區之存在，該等厚或薄區之存在可以已因每單位長度之不均勻之纖維質量、纖維材料1之橫截面中不同的纖維數目而引起或也因纖維材料中外來物體之包括或類似者而引起。此形式之不規則性通常在下文中稱為在纖維材料中之“缺陷”。

與已知的感測器單元相反地，依本發明之感測器單元依照電容式3-電極之測量原則操作。為此目的，彼包括具有構成為測量電極2之第二電極，下文中稱為傳動電極3之第一電極及下文中稱為屏蔽電極4之第三電極的電極配置體。所有這些電極是由適宜的導電性材料(特別是金屬)製成且可以解釋成電容器電極。如圖1中所概略指明的，測量電極2配置在傳動電極3對面。傳動電極3連接至產生器5之訊號輸出，該產生器5供應例如約20kHz之交替電壓，該產生器5利用其之另外的接頭連接至屏蔽電極4且處於實質零電勢下。供纖維材料1之通道位於測量電極2與傳動電極3之間。此外，測量電極2連接至共軸纜線6之內部導體6a，其外部導體6b連接至屏蔽電極4且因此連接至與屏蔽電極4相同之電勢。內部導體6a連接至放大器7，該放大器之輸出連接至電子評估單元8，該單元8另外供應該實質零電勢給屏蔽電極4。傳動電極3另外連接至稱為機器地線之電勢，其對應於饋入待檢查之纖維材料1之循環的針織機、拉曳系統或類似者之地線電勢。

用於獲得更可靠之測量結果而被認為對本發明目的特別重要之條件是纖維材料1之均勻導引經感測器單元。因此，依本發明之規定是要提供具有圖1及2所顯明之形式的傳動電極3。若為簡單之故假設：纖維材料1在想像之座標系統的X軸方向上移動，依照圖1之電極2及3在想像之座標系統的Y軸方向上被隔開且其Z軸垂直於圖1中之作圖平面，則傳動電極3首先被構成以致其在輸送方向X上具有弧形(諸如約半圓形)的路線且被配置使其長軸平行於XY平面。再者，傳動電極3被配置以致其中凸拱起的部份形成面向測量電極2之上側，如由圖1及2所清楚顯示的。然而，橫切於此弧形彎曲者(亦即在依圖2之YZ平面中)，傳動電極3具有類似谷形之路線。由此所形成之朝向測量電極2的谷形開口形成靜止的滑動表面9，沿著此滑動表面9，纖維材料1滑動經過此感測器單元。滑動表面9較佳實際上是半圓柱形，其中彼之半徑係權宜地稍大於纖維材料1之直徑。整體而言，傳動電極3因此具有開口朝向測量電極2之溝外觀(圖2)，該傳動電極3另外在其長軸方向上(亦即在輸送方向X上)係弧形彎曲，如圖1所顯明之方式。

因滑動表面9之所述形狀，具有如圖2所示之圓形橫截面但也可以具有其他諸如橢圓之橫截面的材料1，故纖維材料1之有利的側向導引被確定。

為要確定纖維材料1沿者整個傳動電極3均勻地放置在滑動表面9上，向下固持或加壓裝置10配置在感測器單元之入口側且向下固持或加壓裝置11配置在感測器單元之出口側。加壓裝置10及11較佳被構成為偏斜元件，其輸出及輸入表面位於傳動電極3之延長部份中，以致纖維材料1切線地饋至傳動電極3且也由傳動電極3切線地移除，如圖1所示的。結果，纖維材料1在經過感測器單元期間，不僅堅固地壓在滑動表面9上，也不會太嚴重地偏斜或彎曲。測量訊號之干擾也依照纖維材料1與滑動表面9之距離而定，由於經不均勻地導引或放置在滑動表面9上之纖維材料1因此可靠地被避免。

既然按照經驗，在輸送方向X上所測量之一般缺陷長度僅約10mm至20mm，在X方向上所測量之傳動電極3的弧形長度應是約相同尺寸，但不明顯較大，且應例如最高達40mm。也為要發現極小缺陷，較佳在1:1及1:4之間選擇缺陷長度對傳動電極長度的比例。再者，在Y方向上所測量之谷形滑動表面9之深度a(圖2)最多等於纖維材料1之直徑b，較佳應至多是該直徑b之一半。結果，電場之有利的路線位於纖維材料1中且獲得相對強的測量訊號而無損失纖維材料1之側向導引。

滑動表面9及/或向下固持及加壓裝置10、11之與纖維材料接觸之表面可以由具有低滑動阻力之材料製成，或視需要，可以塗覆將滑動阻力降低之材料。加壓裝置10、11較佳是由具有低摩擦係數之靜止的偏斜元件組成。然而可選擇地，為改良纖維材料1之輸送，加壓裝置10、11也可以構成為自由轉動設置之滾輪或包含驅動滾輪且可連接至驅動元件(未顯示)，以使其在操作期間以相同或不同之圓周速度轉動。

測量電極2特別如圖2及3中所示的，較佳係構成為實質圓柱形，且其軸在y方向上延伸(也參考圖1)。再者，測量電極2具有位於傳動電極3之上側(較佳是上側最高點)的對面且相隔c(圖1)的測量表面2a，且較佳是平面且平行於想像之座標系統的xz平面。

屏蔽電極4被構成以致彼包封測量電極2之全部的面，除了不包封測量表面2a之外。為此目的，屏蔽電極4較佳構成為圓柱盆形且裝有開口朝向傳動電極2(圖2)之同樣的圓柱形接收空間12(圖2)，其中測量電極2，特別如圖3中所示，係共軸配置。延伸環繞且由例如塑膠製成之絕緣層14經貼合在測量電極2之外殼表面及界定出接收空間12之屏蔽電極4之內壁之間，以使該屏蔽電極4與該測量電極2電絕緣。

與測量電極2共軸而在其面向傳動電極3之側上封閉盆形屏蔽電極4的環形面4a較佳是平面的且經配置與測量表面2a有精確相同的平面。此提供以下優點：測量電極2及屏蔽電極4形成感測頭，此感測頭不僅可以如同預先製造之結構單元的簡單方式般地製造，但其中測量電極2也藉由屏蔽電極4在面向纖維材料1之測量表面2a以外之所有側上與外部干擾場隔開。再者，連接在機器地線電勢上的傳動電極3較佳位於測量表面2a的對面，且相距相對小的間隔c，結果其僅將測量電極2之空置側與外部隔開。這對於在循環的針織機上之感測器單元的應用是特別有利的，因為感測器在此通常必須經配置在操作者之活動區中。與依照稍早之建議的解決方式(其中測量電極2在纖維輸送方向之兩側皆是空置的且因此對於外部干擾，諸如手的接近相對敏感)相反地，依本發明之感測器單元對於此種干擾實質不敏感。再者，與稍早之建議相反地，纖維材料1並不導引經過由多個部份(諸如測量電極、屏蔽電極及絕緣層)組成之感測頭，而是經過可以單件式製造之傳動電極3，且因此消除纖維材料1被夾持或捕捉於感測器單元中的危險。

依本發明之解決方式也提供與其結構設計相關之優點。特別如圖2中所示的，在共軸纜線6通過屏蔽電極4之內腔後，其內部導體6a首先可以沿著焊接點15連接至測量電極2且在配置於接收用空間12之後，外部導體6b可以沿著焊接點16連接屏蔽電極4。否則，此配置體較佳經選擇以致在傳動電極3及屏蔽電極4之間行進之場線也通過測量表面2a。

圖4及5顯示依本發明之感測器單元的例示的具體實例，其對於實際應用是特佳的且現今被認定是最佳的。感測器單元包括由電絕緣材料(其在此構成為由固態塑膠物體組成之感測器區塊)製成的感測器固持器19，其中多個依照圖1至3之較佳相同構成之電極配置體在橫切纖維材料1之輸送方向上互相並排配置。在此例示之具體實例中，提供四個電極配置體之全部，僅其中之一者將在以下描述。

依照圖4及5，屏蔽電極4及伴同彼之測量電極2經配置在感測器固持器19之凹處20且插於其間直到一個由一台階所形成之阻擋器。此配置體是使測量表面2a及面4a因此能與感測器固持器19之下側平面19a齊平。經過一配置在下側19a的對面之凹處20的部份後，共軸纜線6舖設於外部。

此外，感測器固持器19在其下側裝有凹處21末端，在此插入一個凸出超過下側19a之組合區塊22。組合區塊22利用固定用螺絲23固定至固持用物體24，該固持用物體24配置在感測器固持器19的上側19b(其與下側19a相對)上。固持用螺絲23凸出穿過在固持用物體24及感測器固持器19中的空腔25及26且鎖入與空腔25、26共軸之組合區塊22的帶羅紋的空腔27中，直至其頭23a停在固持用物體24上，且因此感測器固持器19及固持用物體24二者堅固地夾持在頭23a及組合區塊22之間的位置上。

組合區塊22具有與感測器固持器19之下側19a平行(亦即與想像之座標平面之Z方向平行)延伸的空腔，棒狀物28被固定在該空腔中，而在例示之具體實例中凸出組合區塊22的兩側。

傳動電極3之一分別固定至此棒狀物28之面側且在依照圖1及2之X方向上輸送之纖維材料1藉此電極導引。傳動電極3較佳在其圓周處稍微偏心且可轉動地設置在棒狀物28之面側。結果，其間隔c(參考圖1)可以容易地藉由測量電極2來調節且適應個別要求。可選擇地，其他裝置當然也可以被提供以調節傳動電極3與測量電極2之測量表面2a之相對位置。

在所述之例示的具體實例中，組合區塊22、固持用物體24、固定用螺絲23、棒狀物28及傳動電極3係由高度導電性材料製成。此提供以下優點：當所述之感測器元件經固定至循環的針織機，拉曳系統或類似者之類似高度導電性結構部份時，傳動電極3如圖1中所指明的，自動地設定機器地線之電勢，亦即電連接至地線而對此無須任何另外之測量方法。

否則，據了解：在依照圖4之例示的具體實例的情況中，二個傳動電極3固定至棒狀物28，且感測器固持器19裝有第二合適構成之單元，此單元包括利用另外的棒狀物28固定至固持用物體24且帶有另外二個傳動電極3的另外的組合區塊22。然而，明顯地：此配置體也可以經選擇以致感測器固持器19僅可以裝有單一單元或裝有多於二個單元，該等單元分別包含組合區塊22、棒狀物28及傳動電極3。另外，每一單元也可以僅具有單一傳動電極3。

在圖5中所示之加壓裝置10及11較佳固定至組合區塊22之延伸體，此延伸體在Y方向上延伸且經構成為延伸過感測器固持器19之整個長度之棒狀物。結果，在此供四個經導引之纖維材料1的個別情況中需要單一普通的加壓裝置10或11。

感測器單元之所述構形具有以下優點：彼僅需要經固定至一個連接至機器地線的組件，且在屏蔽電極4及傳動電極3之間施加產生器電壓之後是可完全操作的，無須任何複雜的調節。

為要依照3-電極之測量原則設定感測器單元的操作，在傳動電極3(機器地線)及屏蔽電極4之間，利用產生器5饋入激發場，其中測量電極2配置在此二強制電勢之間且利用纖維材料1偶合至電場。測量電極2更連接至一浮動電勢。因此，在滑動過傳動電極3之纖維材料1中所發生之不規則性(缺陷)使電場改變且因此也使測量電極2之處的電勢改變。因為傳動電極3及屏蔽電極4之所述的構形及感測器形狀之另外的最佳化，測量訊號之可達成之訊號強度可以進一步改良。這特別在以下情況中達成：當由產生器5所產生之激發場(或場線的路線)經集中至依以上描述之測量電極2且經過纖維材料1之強烈流動被確保時。換言之，不流經纖維材料1之場組件應保持僅可能的小或至少保持固定。結果，在依本發明之配置體中，相對固定之條件在測量電極2之邊緣區中是盛行的，且熱移動，絕緣材料之溫度變動，特別是其介電常數之改變並不導致測量電極2之電勢的改變。再者，己證明：傳動電極3及測量電極2之間選擇盡可能小的間隔是有利的。結果，達成激發場之高的場強度，此對測量曲線之斜度有直接正面的影響。

放大器7及用於測量由測量電極2所發出之訊號的電子評估單元8的至少一部份較佳也可以容納在感測器單元中或在感測器固持器19中。在此情況中，例如利用放大器將測量訊號提昇至一訊號程度，以使該等訊號然後可以使用簡單纜線且用共軸纜線分散而無雜訊地前進至該電子評估單元8。

可以用任何所要之方式進行測量訊號之評估，但較佳利用供電容式3-電極測量原則所特別發展且適合偵測極小電容改變之電路配置體來進行。特別地，在本文中參考由DE 100 27 507 C1公告獲知的評估技術，其在此併入本揭示作為參考以避免重複。

圖6顯示：製造針織貨品之機器的部份視圖，該機器使用具有多個線跡形成點的循環的針織機(針織系統)作為實例，而所述之感測器單元之至少一者(在此已編號29代表)分別與該等機器聯結。

循環的針織機包括針圓柱體30，其中標準之針織用針31可移位地設置，該針織用針31在線跡形成點上(在下文中稱為針織系統32)可以移入一個適合利用凸輪33(未顯示)以取得纖維材料1之纖維取得位置。纖維材料1從供應容器34(例如罐、供應線圈或類似者)饋至循環的針織機。

纖維材料1藉由輸送裝置(未顯示)及可能的偏轉滾輪35饋至拉曳系統36。此種拉曳系統36(其本身已知方式地具有三或更多對拉曳用滾輪)係與針織系統32之每一者聯結，僅其一者顯示於圖6中。

由拉曳系統36所出之纖維材料1較佳利用由一般參考編號37所示之紡絲或輸送裝置，用已知方式饋至相關之針織系統32。輸送裝置37包括例如扭轉元件38及連接於此元件38之紡絲管或輸送管39，此等管終止於一通常配置在接近針織用針31前方的線導40，以致纖維材料1插入針織用針31之鉤中。

所述形式之循環的針織機係從例如PCT WO 2004/079068公告得知，其併入本揭示中作為參考以避免重複。

本發明之目的是要防止上述在完成之針織貨品中所發生之缺陷。為此目的，依照本發明相當一般地首先建議：在纖維材料1到達針織系統32之前，檢查纖維材料1之所要的品質特徵，特別是厚度及質量的變動，且在偵測到纖維材料部份與預先選擇之品質明顯有不能接受之偏差時，防止這些有缺陷之纖維材料部份被饋入針織用針31。藉由以下步驟達成以上目的：使用依照圖1至5所構成之感測器單元29監控纖維材料1，且當偵測到缺陷時(如圖6中之點1a所概略指明的)，中斷線跡形成程序、從纖維材料1移除缺陷1a，然後繼續線跡形成程序。例如藉由以下方式可以在個別針織系統32達成線跡形成程序之中斷：當偵測到缺陷1a時，使已經過針織系統32者經過針織用工具31而無消除先前所形成之線跡且無取出纖維材料1，且將針織用工具31控制在例如用於此目的之循環的非針織用路徑中。感測器單元29可以依照圖6被配置在輸送方向X上之拉曳系統36的前方或也可以配置在個別針織系統32前方之不同位置上。

本發明不限於可用多種方式修正之所述的例示具體實例。此特別適用於以上指定之用於曲線之不同半徑、間隔的尺寸及其他尺寸，因為這些尺寸也特別是按照所檢查之纖維材料1的形式及尺寸而定。因相同理由，使滑動表面9有更呈圓形之截面(圖2)或更呈正方形或長方形之截面，可能使有利的。此外，明顯的：當使用具有傳導性組分之梳理條(例如金屬線形式)時，測量電極2之測量表面2a應裝有薄的絕緣層以防止電短路。再者，明顯的：本發明不僅涵蓋依照圖6所構成之用於製造針織貨品之機器，也涵蓋不利用拉曳系統而是利用其他裝置(如PL 350 489 A)拉細或拉伸纖維材料的機器。最後，據了解：不同的特徵也可以適用在所述及所表示組合之外的其他組合中。

1．．．纖維材料

2．．．測量電極

3．．．傳動電極

4．．．屏蔽電極

4a．．．環形面

5．．．產生器

6．．．共軸纜線

7．．．放大器

8．．．評估單元

9．．．滑動表面

10,11．．．向下固持或加壓裝置

12．．．接收用空間

14．．．絕緣層

15,16．．．焊接點

19．．．感測器固持器

20,21．．．凹處

22．．．組合區塊

23．．．螺絲

24．．．固持用物體

25,26．．．空腔

27．．．帶螺紋的空腔

28．．．棒狀物

29．．．感測器單元

30．．．針筒

31．．．針織用針

32．．．針織系統

33．．．凸輪部份

34．．．供應容器

35．．．偏轉滾輪

36．．．拉曳系統

37．．．輸送裝置

38．．．扭轉元件

39．．．輸送管

40．．．線導

2a．．．測量表面

6a．．．內部導體

6b．．．外部導體

圖1是依本發明之感測器單元之概略側視圖；

圖2是約沿者圖1中之線II-II所取得之通過感測器單元的概略截面視圖；

圖3是依照圖2之感測器單元的感測器頭的底視圖；

圖4是通過具有4個依照圖1至3所構成之感測器單元的感測器區塊的長軸截面視圖；

圖5是沿著圖4中之線V-V所取得之概略截面視圖；及

圖6顯示一種具有一個依本發明之感測器單元的循環的針織機。