WO2007140639A1 - Verfahren und vorrichtung zur detektion einer seele in einem coregarn - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion einer seele in einem coregarn Download PDF

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WO2007140639A1
WO2007140639A1 PCT/CH2007/000273 CH2007000273W WO2007140639A1 WO 2007140639 A1 WO2007140639 A1 WO 2007140639A1 CH 2007000273 W CH2007000273 W CH 2007000273W WO 2007140639 A1 WO2007140639 A1 WO 2007140639A1
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frequency
alternating field
core
electrical
measuring capacitor
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PCT/CH2007/000273
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Peter Haldemann
Ulf Schneider
Philipp Ott
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Uster Technologies Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/36—Textiles
    • G01N33/365—Filiform textiles, e.g. yarns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/24—Investigating the presence of flaws

Definitions

  • the present invention is in the field of testing with electrical means of yarn. It relates to a method and a device for detecting a soul in a core yarn, according to the preambles of the independent claims.
  • Coregarne core yarns
  • the soul can consist of a synthetic material such as elastane.
  • the sheath fibers are usually made of cotton or polyester.
  • Coregarn combines the high strength of the core material with the familiar tactile properties of spun yarn.
  • the proportion of the core in the total mass of the core yarn is typically 3 to 6%. Examples of core yarn and its preparation are given in publications DE-29'52'523 Al, US Pat. No. 3,605,395 A or US Pat. No. 2002 / 139,102 A1.
  • Capacitive yarn sensors have the advantage over optical yarn sensors of being able to "see” inside the yarn by measuring changes in mass and / or dielectric constant, but in the art there is the prejudice that capacitive yarn sensors are not capable of detecting soul fractures Namely, a soul break causes only a small mass change that would be barely distinguishable from the sensor noise and local mass swings that occur in each yarn due to unavoidable thickness changes, although DE-29'52'523 Al proposes a capacitive sensor for detection a rip of a
  • Multicomponent yarn or one component but does not indicate how this is to be accomplished.
  • Capacitive yarn sensors are used to determine foreign substance contents in yarn.
  • EP-0'924'513 Al a method and an apparatus for the capacitive determination of proportions of solids in textile test material, eg. As yarn described.
  • the yarn is moved through a plate capacitor and exposed to an alternating electric field.
  • the dielectric properties of the yarn are determined.
  • two electrical quantities are determined from the dielectric properties and combined to form a characteristic which is independent of the yarn mass.
  • the characteristic value is compared with a previously determined reference value for a known solid foreign substance and from this the proportion of the solid foreign substance is determined.
  • soul breaks should be reliably detected.
  • the invention overcomes the widespread prejudice that a soul can not be detected in a core yarn with a capacitive sensor. Investigations and experiments of the applicant have shown that this is very possible. Hereinafter, ways for realizing such detections are shown. Particular attention is paid to the signal evaluation. If this is done in a suitable manner, soul cracks to be detected can be distinguished from variations in thickness of the yarn. It has proven to be particularly simple and advantageous to adapt measuring methods and measuring devices such as are used for the detection of foreign substances in textile structures. That this is possible is surprising and unexpected. In the detection of foreign matter, it is about recognizing yarn components that do not belong in the yarn, while on the other hand, the soul is just an indispensable, inherent part of a core yarn and thus to a certain extent the opposite of a foreign substance.
  • a method for detecting a soul in a core yarn generates an alternating electric field.
  • the coregarn is exposed to the alternating field.
  • Properties of the alternating field interacting with the core yarn are determined by recording at least one electrical quantity influenced by the alternating field.
  • the properties of the alternating field are used to indicate the presence or absence of the soul.
  • at least two electrical variables influenced by the alternating field are recorded and linked together, and the combination becomes a phase shift, a power factor, a loss angle, a dielectric constant, a dielectric constant or a capacitance determined.
  • the inventive device for detecting a soul in a core yarn includes a measuring capacitor with a fürgangsöffhung for the test material.
  • An AC voltage generator is used to apply an AC voltage to the measuring capacitor for the purpose of acting on the through-opening with an alternating electric field.
  • the device includes an evaluation circuit electrically connected to the measuring capacitor for evaluating at least one electrical quantity influenced by the alternating field.
  • the evaluation circuit is adapted to output an output signal indicating presence or absence of the soul.
  • the invention can be used both in production (online) and in the textile laboratory (offline).
  • Figure 1 shows a partially exposed perspective view of a
  • Figures 2 and 3 show electrical schematics of two embodiments of the inventive device.
  • FIG. 4 shows diagrams in which measurement signals are plotted against a position on the yarn, signal curves in the invention
  • FIG. 1 shows very schematically a possible structure of a core yarn 9.
  • a core 91 which is typically a synthetic mono-elastane sponge.
  • the soul 91 is wound by a sheath 92 of sheath fibers, the z. B. may be cotton staple fibers.
  • the envelope 92 is partially exposed to reveal the view of the soul 91.
  • a break point 90 of the core 91 is indicated. The break point 90 is not visible from the outside, but has severe effects on the strength and elasticity of the core yarn 9. Therefore, it is desirable to be able to detect them.
  • FIG. 2 shows an electrical circuit diagram of a first embodiment of the device 1 according to the invention for detecting a core 91 in a core yarn 9.
  • the core yarn 9 to be examined is moved along its longitudinal direction through a passage opening 20 of a measuring capacitor 2.
  • the measuring capacitor 2 may comprise two spaced, parallel, planar capacitor plates 21, 22, as is known in the prior art.
  • a first capacitor plate 21 is grounded, while a second capacitor plate 22 is connected through a resistor 102 to an AC generator 4.
  • the AC voltage generator 4 is used to apply an AC voltage to the measuring capacitor 2 for the purpose of acting on the passage opening 20 with an alternating electric field.
  • Candidate frequencies are between 10 kHz and 100 MHz, preferably about 10 MHz.
  • An output line 101 of the measuring capacitor 2 is connected via an amplifier 103 to a first input 81 of an evaluation circuit 8.
  • the first input 81 essentially receives a voltage signal tapped on the measuring capacitor 2.
  • the same output line 101 of the measuring capacitor 2 is also connected to an inverting input - an operational amplifier 104.
  • a non-inverting input + of the operational amplifier 104, the signal of the AC generator 4 is supplied.
  • An output of the operational amplifier 104 is connected to a second input 82 of the evaluation circuit 8.
  • the second input 82 essentially receives a current signal tapped on the measuring capacitor 2.
  • the first 81 and second 82 input of the evaluation circuit 8 are in the evaluation circuit 8 each with a known measuring element 83, 84 for electrical variables connected.
  • the evaluation unit 8 may include an analog electrical circuit or a digital circuit with a processor. It serves to link the signals received via the inputs 81, 82.
  • the linkage may, for example, include a calculation of a power factor independent of the yarn mass from the electrical voltage and current measured at the measuring capacitor 2.
  • An output line 89 is for outputting an output signal obtained from the link.
  • EP-0'924'513 Al is a.
  • EP-0'924'513 A1 and in particular paragraphs [0022] - [0034] thereof are incorporated by reference into the present specification. This reference makes a detailed description of the evaluation methods superfluous. For this, only so much is said here that at least two measurement modes are possible. In a first measurement mode is measured with two different excitation or carrier frequencies of the alternating electric field. The two similar output signals, z. B. measured voltages are first for each of
  • Carrier frequencies detected separately and then combined for evaluation in a suitable manner In a second measurement mode is measured at a single carrier frequency, but used as output signals output voltage and output current. The phase shift between the voltage and the current signal supplies the sought information about the
  • the described combination of two electrical measured variables may therefore be advantageous, because thus the yarn mass, which is only a hindrance for the detection of the core 91, can be eliminated.
  • this can be justified as follows:
  • the electrical quantities tapped off on the measuring capacitor 2 are dependent on the mass in the measuring capacitor 2 and the type of dielectric (dielectric constant). If only one size is measured, it can not be distinguished whether an observed one
  • FIG. 3 shows an electrical circuit diagram of a second embodiment of the device 1 according to the invention.
  • This second embodiment necessarily operates at two frequencies.
  • a measuring capacitor 2 has two parallel capacitor plates 21, 22 and an intermediate passage opening 20 for a core yarn 9 moved along its longitudinal axis.
  • a reference capacitor 3 for eliminating or reducing undesirable environmental influences such as humidity or air temperature is present.
  • the reference capacitor 3 is preferably constructed the same as the measuring capacitor 2, with the difference that it is not passed through the test material 9.
  • the measuring capacitor 2 and the reference capacitor 3 are connected in series with each other and together form a capacitive voltage divider.
  • the device 1 further includes a first partial AC generator 41 for generating a first AC component having a first frequency, e.g. B. from the range between 1 MHz and 100 MHz, preferably between 5 MHz and 50 MHz and, for example, approximately equal to 10 MHz.
  • the device 1 also includes a second partial AC generator 42 for generating a second AC component having a second frequency, e.g. B. from the range between 10 kHz and 1000 kHz, preferably between 50 kHz and 500 kHz and, for example, approximately equal to 200 kHz.
  • the first and second AC components are preferably sinusoidal. They are superimposed on each other in a differential output analog voltage adder 43.
  • the first and second partial AC voltage generators 41, 42 and the voltage adder 43 can, at least theoretically, be combined to form a voltage generator 4 which generates a resulting AC voltage composed of two AC voltage components.
  • the resulting AC voltage is applied to the measuring capacitor 2 and to the reference capacitor 3.
  • other types of voltage generators 4 known per se can also be used for the device 1 according to the invention. So it is not absolutely necessary, two sinusoidal AC voltage components with two partial AC voltage generators 41, 42 to produce.
  • z. B. an alternating voltage in the form of periodic rectangular pulses are generated, the Fouriergraphy known to contain sinusoidal components with frequencies that are an odd multiple of the fundamental frequency. Any of these components, including the fundamental frequency, can be used for measurement.
  • the capacitors 2, 3 are preferably followed by a detector circuit 5 for detecting an analog output signal of the capacitors 2, 3 arriving on an electrical line 51.
  • the detector circuit 5 first includes an amplifier 52 for amplifying the output signal.
  • the output signal of the amplifier 52 is fed to a frequency divider 53, which divides the output signal into a first and a second component, corresponding to the two applied frequencies, and leads these components to a first signal path 6 and a second signal path 7, respectively.
  • This can be z. B. be accomplished with a high-pass filter 54 and a low-pass filter 55.
  • the first signal component is again divided into two sub-paths 61, 62 and demodulated at two different phases.
  • the demodulation is carried out substantially synchronously, as a multiplication of the component signal components by the first alternating voltage signal applied to the capacitors 2, 3 by means of multipliers 63, 64.
  • the phase shift is achieved with a phase shifter 66, which is preferably designed as an RC phase shifter. It is preferably 90 ° to obtain a quadrature signal. But it is quite possible to choose a different phase shift.
  • the second signal component is demodulated in the same way with the aid of a multiplier 73. For smoothing all three signals are sent through a respective low-pass filter 56-58 and then fed to an evaluation unit 8.
  • the evaluation unit 8 may include an analog electrical circuit or a digital circuit with a processor. In the exemplary embodiment of FIG. 3, it comprises an intermediate evaluation module 85 for linking the two component signal components of the first, high-frequency signal path 6 to an intermediate characteristic value.
  • the insects is then in the evaluation unit 8 with the second signal component to a resulting output signal that allows to detect whether the soul 91 is present in the core yarn 9 or not.
  • An example of such an output signal is a linear combination of the intermediate characteristic and the second signal component.
  • the decision on the presence or absence of a soul 91 may, for. B. based on a comparison with a predetermined value.
  • the output signal can be output on an output line 89. It may initiate an action such as cutting out the faulty spot by a cutting device of a yarn cleaner.
  • FIG. 4 shows measurement results from the method according to the invention, namely in each case a measurement signal S with respect to a position x in the longitudinal direction on the core yarn 9.
  • the coregarn 9 investigated did not have the core 91 in a specific region 90 with a length of approximately 12 mm.
  • Figure 4 (a) shows a measurement with a simple capacitive sensor.
  • an increase in the measurement curve can be observed, as a result of which the absence of the core 91 can be concluded.
  • FIG. 4 (b) shows a measurement with a device 1 according to FIG. 2. As explained with reference to FIG. 2, this measurement has the advantage that it is independent of

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Abstract

Im Verfahren zur Detektion einer Seele in einem Coregarn (9) wird in einem Messkondensator (2) ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Das Coregarn (9) wird dem Wechselfeld ausgesetzt. Es werden Eigenschaften des mit dem Coregarn (9) wechselwirkenden Wechselfeldes ermittelt, indem mehrere vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grossen aufgenommen und miteinander verknüpft werden. Aus den Eigenschaften des Wechselfeldes wird auf ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein der Seele geschlossen. Dank der Erfindung ist es möglich, Coregarnbrüche mit kapazitiven Mitteln zu detektieren, womit ein bestehendes Vorurteil überwunden wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DETEKTION EINER SEELE IN
EINEM COREGARN
FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Prüfung mit elektrischen Mitteln von Garn. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion einer Seele in einem Coregarn, gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK
Coregarne (Kerngarne) haben eine Filamentseele, die von Mantelfasern umsponnen ist. Die Seele kann aus einem synthetischen Material wie Elastan bestehen. Die Mantelfasern bestehen üblicherweise aus Baumwolle oder Polyester. Somit kombiniert Coregarn die hohe Festigkeit bzw. Elastizität des Seelenmaterials mit den vertrauten taktilen Eigenschaften von gesponnenem Garn. Der Anteil der Seele an der Gesamtmasse des Coregarns beträgt typischerweise 3 bis 6 %. Beispiele für Coregarn und seine Herstellung sind in den Veröffentlichungen DE-29'52'523 Al, US-3,605,395 A oder US-2002/139,102 Al angegeben.
Beim Herstellungsprozess von Coregarn kommt es immer wieder vor, dass die Seele bricht. Dadurch entsteht eine Fehlstelle, die eine stark verminderte Festigkeit und/oder Elastizität aufweist. Solche Fehlstellen können einerseits zu Fadenbrüchen während des späteren Web- oder Strickvorgangs und dadurch zu Produktionsunterbrüchen führen. Geschieht dies nicht, so werden die Fehlstellen andererseits ins fertige Textilprodukt eingebaut. Dort werden sie mit der Zeit sichtbar, fühlbar und störend, so dass sie die Qualität des Textilproduktes stark vermindern und zu Reklamationen Anlass geben.
Es ist daher ein bestehendes Bedürfnis, Coregarn-Fehlstellen mit gebrochener Seele während des Herstellungsprozesses vor der Weiterverarbeitung, d. h. unmittelbar nach dem Spinnprozess oder beim Umspulprozess, zu erkennen, um die nötigen Massnahmen wie Kennzeichnen oder Entfernen der Fehlstellen zu treffen. Auch ausserhalb des Herstellungsprozesses, im Textillabor, ist eine Erkennung von Fehlstellen erwünscht. Die Erkennung der Fehlstellen ist jedoch äusserst schwierig. Die bekannten optischen Garnsensoren sind dazu völlig ungeeignet, weil ein Seelenbruch keine wesentliche Durchmesseränderung verursacht, von aussen unsichtbar ist und daher mit optischen Mitteln nicht erkannt werden kann.
Kapazitive Garnsensoren haben gegenüber optischen Garnsensoren den Vorteil, auch ins Innere des Garns zu „sehen", indem sie Veränderungen der Masse und/oder der Dielektrizitätszahl messen. In der Fachwelt besteht aber das Vorurteil, dass sich kapazitive Garnsensoren sich nicht zur Detektion von Seelenbrüchen in Coregarn eignen. Ein Seelenbruch verursacht nämlich nur eine kleine Massenänderung, die kaum unterscheidbar wäre vom Sensorrauschen und von lokalen Massenschwankungen, wie sie in jedem Garn aufgrund von unvermeidbaren Dickenänderungen vorkommen. Zwar schlägt die DE-29'52'523 Al einen kapazitiven Sensor zur Feststellung eines Reissens eines
Mehrkomponentengarns oder dessen einer Komponente vor, doch gibt sie nicht an, wie dies bewerkstelligt werden soll.
Kapazitive Garnsensoren werden hingegen zur Ermittlung von Fremdstoffanteilen in Garn eingesetzt. So sind in der EP-0'924'513 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kapazitiven Ermittlung von Anteilen fester Stoffe in textilem Prüfgut, z. B. Garn, beschrieben. Das Garn wird durch einen Plattenkondensator hindurch bewegt und einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt. Durch Messung der Dielektrizitätszahl oder des Leistungsfaktors am Plattenkondensator werden dielektrische Eigenschaften des Garns ermittelt. Zur Auswertung werden aus den dielektrischen Eigenschaften zwei elektrische Grossen ermittelt und zu einem Kennwert kombiniert, welcher von der Garnmasse unabhängig ist. Der Kennwert wird mit einem vorausgehend ermittelten Referenzwert für einen bekannten festen Fremdstoff verglichen und daraus der Anteil des festen Fremdstoffs bestimmt. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion einer Seele in einem Coregarn anzugeben. Insbesondere sollen Seelenbrüche zuverlässig erkannt werden.
Diese und andere Aufgaben werden durch das Verfahren und die Vorrichtung gelöst, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung überwindet das verbreitete Vorurteil, mit einem kapazitiven Sensor könne keine Seele in einem Coregarn detektiert werden. Untersuchungen und Experimente der Anmelderin haben gezeigt, dass dies sehr wohl möglich ist. Nachfolgend werden Wege zur Verwirklichung solcher Detektionen aufgezeigt. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei der Signalauswertung geschenkt. Wenn diese auf geeignete Weise vorgenommen wird, so können zu detektierende Seelenbrüche von Dickenschwankungen des Garns unterschieden werden. Als besonders einfach und vorteilhaft hat es sich erwiesen, Messverfahren und Messvorrichtungen zu adaptieren, wie sie für die Detektion von Fremdstoffen in textilen Gebilden verwendet werden. Dass dies möglich ist, ist überraschend und unerwartet. Bei der Fremdstoffdetektion geht es nämlich darum, Garnbestandteile zu erkennen, die nicht ins Garn gehören, während dagegen die Seele gerade ein unverzichtbarer, ureigener Bestandteil eines Coregarns und somit gewissermassen das Gegenteil eines Fremdstoffs ist.
hu erfmdungsgemässen Verfahren zur Detektion einer Seele in einem Coregarn wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Das Coregarn wird dem Wechselfeld ausgesetzt. Es werden Eigenschaften des mit dem Coregarn wechselwirkenden Wechselfeldes ermittelt, indem mindestens eine vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grosse aufgenommen wird. Aus den Eigenschaften des Wechselfeldes wird auf ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein der Seele geschlossen. Vorzugsweise werden mindestens zwei vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grossen aufgenommen und miteinander verknüpft, und aus der Verknüpfung wird eine Phasenverschiebung, ein Leistungsfaktor, ein Verlustwinkel, eine Dielektrizitätszahl, eine Dielektrizitätskonstante oder eine Kapazität ermittelt. Durch eine solche Verknüpfung ist es möglich, die nicht interessierende Garnmasse aus der Messung zu eliminieren.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Detektion einer Seele in einem Coregarn, beinhaltet einen Messkondensator mit einer Durchgangsöffhung für das Prüfgut. Ein Wechselspannungsgenerator dient zum Anlegen einer Wechselspannung an den Messkondensator zwecks Beaufschlagung der Durchgangsöffhung mit einem elektrischen Wechselfeld. Ferner beinhaltet die Vorrichtung eine mit dem Messkondensator elektrisch verbundene Auswerteschaltung zur Auswertung mindestens einer vom Wechselfeld beeinflussten elektrischen Grosse. Die Auswerteschaltung ist geeignet, ein Ausgangssignal auszugeben, das ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein der Seele angibt.
Die Erfindung kann sowohl in der Produktion (online) als auch im Textillabor (offline) eingesetzt werden.
AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Figur 1 zeigt eine teilweise offen gelegte perspektivische Ansicht eines
Coregarns. Figuren 2 und 3 zeigen elektrische Schaltschemen von zwei Ausfuhrungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Figur 4 zeigt in Diagrammen, in denen Messsignale gegenüber einer Position auf dem Garn aufgetragen sind, Signalverläufe im erfindungsgemässen
Verfahren, wobei die Signale (a) mit einem einfachen kapazitiven Sensor und (b) mit einem kapazitiven Sensor gemäss Fig. 2 aufgenommen wurden. AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Figur 1 ist sehr schematisch ein möglicher Aufbau eines Coregarns 9 dargestellt. Im Kern des Coregarns 9 verläuft eine Seele 91, die typischerweise ein synthetisches Monofüament aus Elastan ist. Die Seele 91 ist von einer Hülle 92 aus Mantelfasern umsponnen, die z. B. Baumwoll-Stapelfasern sein können. In der Darstellung von Figur 1 ist die Hülle 92 teilweise offen gelegt, um die Sicht auf die Seele 91 frei zu geben. Angedeutet ist eine Bruchstelle 90 der Seele 91. Die Bruchstelle 90 ist von aussen nicht sichtbar, hat aber schwerwiegende Auswirkungen auf die Festigkeit und die Elastizität des Coregarns 9. Deshalb ist es wünschenswert, sie detektieren zu können.
Figur 2 zeigt ein elektrisches Schaltschema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 zur Detektion einer Seele 91 in einem Coregarn 9. Das zu untersuchende Coregarn 9 wird entlang seiner Längsrichtung durch eine Durchgangsöffnung 20 eines Messkondensators 2 hindurch bewegt. Der Messkondensator 2 kann zwei voneinander beabstandete, parallele, ebene Kondensatorplatten 21, 22 aufweisen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine erste Kondensatorplatte 21 ist an Masse gelegt, während eine zweite Kondensatorplatte 22 über einen Widerstand 102 mit einem Wechselspannungsgenerator 4 verbunden ist. Der Wechselspannungsgenerator 4 dient zum Anlegen einer Wechselspannung an den Messkondensator 2 zwecks Beaufschlagung der Durchgangsöffnung 20 mit einem elektrischen Wechselfeld. In Frage kommende Frequenzen liegen zwischen 10 kHz und 100 MHz, vorzugsweise bei ca. 10 MHz. Eine Ausgangsleitung 101 des Messkondensators 2 ist über einen Verstärker 103 mit einem ersten Eingang 81 einer Auswerteschaltung 8 verbunden. Der erste Eingang 81 empfängt im Wesentlichen ein am Messkondensator 2 abgegriffenes Spannungssignal. Dieselbe Ausgangsleitung 101 des Messkondensators 2 ist auch mit einem invertierenden Eingang - eines Operationsverstärkers 104 verbunden. Einem nichtinvertierenden Eingang + des Operationsverstärkers 104 wird das Signal des Wechselspannungsgenerators 4 zugeleitet. Ein Ausgang des Operationsverstärkers 104 ist mit einem zweiten Eingang 82 der Auswerteschaltung 8 verbunden. Der zweite Eingang 82 empfängt im Wesentlichen ein am Messkondensator 2 abgegriffenes Stromsignal. Der erste 81 und zweite 82 Eingang der Auswerteschaltung 8 sind in der Auswerteschaltung 8 jeweils mit einem an sich bekannten Messelement 83, 84 für elektrische Grossen verbunden. Die Auswerteeinheit 8 kann eine analoge elektrische Schaltung oder eine digitale Schaltung mit einem Prozessor beinhalten. Sie dient der Verknüpfung der über die Eingänge 81, 82 empfangenen Signale. Die Verknüpfung kann bspw. eine Berechnung eines von der Garnmasse unabhängigen Leistungsfaktors aus den am Messkondensator 2 gemessenen elektrischen Grossen Spannung und Strom beinhalten. Eine Ausgangsleitung 89 dient der Ausgabe eines Ausgangssignals, das aus der Verknüpfung gewonnen wird.
Auf Einzelheiten der Auswertung von Messsignalen, wie sie der Messkondensator der Fig. 2 liefert, geht die EP-0'924'513 Al ein. Die EP-0'924'513 Al und insbesondere die Absätze [0022]-[0034] daraus werden durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen. Durch diese Bezugnahme erübrigt sich hier eine detaillierte Beschreibung der Auswertemethoden. Dazu sei hier nur soviel gesagt, dass mindestens zwei Messmodi möglich sind. In einem ersten Messmodus wird mit zwei verschiedenen Anregungs- oder Trägerfrequenzen des elektrischen Wechselfeldes gemessen. Die beiden gleichartigen Ausgangssignale, z. B. gemessene Spannungen, werden zunächst für jede der
Trägerfrequenzen separat detektiert und dann zur Auswertung auf geeignete Weise miteinander kombiniert. In einem zweiten Messmodus wird bei einer einzigen Trägerfrequenz gemessen, als Ausgangssignale jedoch Ausgangsspannung und Ausgangsstrom verwendet. Die Phasenverschiebung zwischen dem Spannungs- und dem Stromsignal liefert nach geeigneter Auswertung die gesuchte Information über das
Coregarn 9. Auch eine Kombination der beiden Messmodi, d. h. Messung bei mehreren Trägerfrequenzen und Messung der jeweiligen Phasenverschiebungen zwischen Spannungs- und Stromsignal, ist möglich.
Die beschriebene Verknüpfung zweier elektrischer Messgrössen kann deshalb vorteilhaft sein, weil damit die Garnmasse, die für die Detektion der Seele 91 nur hinderlich ist, eliminiert werden kann. Dies lässt sich theoretisch wie folgt begründen: Die am Messkondensator 2 abgegriffenen elektrischen Grossen sind von der im Messkondensator 2 befindlichen Masse und der Art des Dielektrikums (Dielektrizitätszahl) abhängig. Wird nur eine Grosse gemessen, so lässt sich nicht unterscheiden, ob eine beobachtete
Signaländerung durch eine Massenänderung, eine Änderung der Dielektrizitätszahl oder beides verursacht wurde. Mit zwei Messgrössen ist diese Unterscheidung hingegen möglich. Da die Garnmasse nicht interessiert, wird im Wesentlichen ein aus den zwei Messungen erhaltenes Gleichungssystem mit zwei Gleichungen und zwei Unbekannten nach der Unbekannten „Dielektrizitätszahl" aufgelöst. Die Dielektrizitätszahl ändert sich sehr wohl, wenn die Seele in einem Teilstück des Coregarns fehlt; vgl. Fig. 1.
In Figur 3 ist ein elektrisches Schaltschema einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 dargestellt. Diese zweite Ausführungsform arbeitet notwendigerweise mit zwei Frequenzen. Ein Messkondensator 2 weist zwei parallele Kondensatorplatten 21, 22 und eine dazwischen liegende Durchgangsöfmung 20 für ein entlang seiner Längsachse bewegtes Coregarn 9 auf. Fakultativ ist in der Vorrichtung 1 ein Referenzkondensator 3 zur Ausschaltung oder Verringerung von unerwünschten Umgebungseinflüssen wie Luftfeuchtigkeit oder Lufttemperatur vorhanden. Der Referenzkondensator 3 ist vorzugsweise gleich aufgebaut wie der Messkondensator 2, mit dem Unterschied, dass er nicht vom Prüfgut 9 durchlaufen wird. Der Messkondensator 2 und der Referenzkondensator 3 sind in Serie zueinander geschaltet und bilden zusammen einen kapazitiven Spannungsteiler.
Die Vorrichtung 1 beinhaltet ferner einen ersten Teilwechselspannungsgenerator 41 zum Erzeugen einer ersten Wechselspannungskomponente mit einer ersten Frequenz, z. B. aus dem Bereich zwischen 1 MHz und 100 MHz, vorzugsweise zwischen 5 MHz und 50 MHz und bspw. ungefähr gleich 10 MHz. Die Vorrichtung 1 beinhaltet auch einen zweiten Teilwechselspannungsgenerator 42 zum Erzeugen einer zweiten Wechselspannungskomponente mit einer zweiten Frequenz, z. B. aus dem Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 50 kHz und 500 kHz und bspw. ungefähr gleich 200 kHz. Die erste und die zweite Wechselspannungskomponente sind vorzugsweise sinusförmig. Sie werden einander in einem analogen Spannungsaddierer 43 mit differenziellem Ausgang überlagert. Der erste und zweite Teilwechselspannungsgenerator 41, 42 sowie der Spannungsaddierer 43 können, zumindest gedanklich, zu einem Spannungsgenerator 4 zusammengefasst werden, der eine resultierende, aus zwei Wechselspannungskomponenten zusammengesetzte Wechselspannung erzeugt. Die resultierende Wechselspannung wird am Messkondensator 2 und am Referenzkondensator 3 angelegt. Selbstverständlich können auch andere, an sich bekannte Arten von Spannungsgeneratoren 4 für die erfmdungsgemässe Vorrichtung 1 verwendet werden. So ist es nicht unbedingt nötig, zwei sinusförmige Wechselspannungskomponenten mit zwei Teilwechselspannungsgeneratoren 41, 42 zu erzeugen. Alternativ kann z. B. eine Wechselspannung in Form von periodischen Rechteckpulsen erzeugt werden, deren Fourierentwicklung bekanntlich sinusförmige Komponenten mit Frequenzen enthält, die ein ungeradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sind. Beliebige dieser Komponenten, inklusive der Grundfrequenz, können zur Messung verwendet werden.
Den Kondensatoren 2, 3 ist vorzugsweise eine Detektorschaltung 5 zur Detektion eines auf einer elektrischen Leitung 51 ankommenden analogen Ausgangssignals der Kondensatoren 2, 3 nachgeschaltet. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 beinhaltet die Detektorschaltung 5 zunächst einen Verstärker 52 zur Verstärkung des Ausgangssignals. Das Ausgangssignal des Verstärkers 52 wird einer Frequenzweiche 53 zugeführt, welche das Ausgangssignal in eine erste und eine zweite Komponente, entsprechend den beiden angelegten Frequenzen, aufteilt und diese Komponenten auf einen ersten Signalpfad 6 bzw. einen zweiten Signalpfad 7 führt. Dies kann z. B. mit einem Hochpassfilter 54 und einem Tiefpassfilter 55 bewerkstelligt werden. Auf dem ersten, hochfrequenten Signalpfad 6 wird die erste Signalkomponente nochmals auf zwei Teilpfade 61, 62 aufgeteilt und bei zwei verschiedenen Phasen demoduliert. Die Demodulation wird im Wesentlichen synchron, als eine Multiplikation der Teilsignalkomponenten mit dem an den Kondensatoren 2, 3 angelegten ersten Wechselspannungssignal mittels Multiplizierer 63, 64 ausgeführt. Die Phasenverschiebung wird mit einem Phasenschieber 66, der vorzugsweise als RC- Phasenschieber ausgebildet ist, erreicht. Sie beträgt vorzugsweise 90°, um ein Quadratursignal zu erhalten. Es ist aber durchaus möglich, eine andere Phasenschiebung zu wählen. Auf dem zweiten, tieffrequenten Signalpfad 7 wird die zweite Signalkomponente auf gleiche Weise mit Hilfe eines Multiplizierers 73 demoduliert. Zur Glättung werden alle drei Signale durch je einen Tiefpassfüter 56-58 geschickt und danach einer Auswerteeinheit 8 zugeführt.
Die Auswerteeinheit 8 kann eine analoge elektrische Schaltung oder eine digitale Schaltung mit einem Prozessor beinhalten. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 umfasst sie ein Zwischenauswertemodul 85 zur Verknüpfung der beiden Teilsignalkomponenten des ersten, hochfrequenten Signalpfads 6 zu einem Zwischenkennwert. Der Zwischenkennwert wird danach in der Auswerteeinheit 8 mit der zweiten Signalkomponente zu einem resultierenden Ausgangssignal verknüpft, das es erlaubt, zu erkennen, ob die Seele 91 im Coregarn 9 vorhanden ist oder nicht. Ein Beispiel für ein derartiges Ausgangssignal ist eine Linearkombination aus dem Zwischenkennwert und der zweiten Signalkomponente. Die Entscheidung über Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Seele 91 kann z. B. anhand eines Vergleichs mit einem vorgegebenen Wert erfolgen. Das Ausgangssignal kann auf einer Ausgangsleitung 89 ausgegeben werden. Es kann eine Aktion wie bspw. das Herausschneiden der fehlerhaften Stelle durch eine Schneidvorrichtung eines Garnreinigers auslösen.
hi Figur 4 sind Messresultate aus dem erfindungsgemässen Verfahren dargestellt, nämlich jeweils ein Messsignal S gegenüber einer Position x in Längsrichtung auf dem Coregarn 9. Beim untersuchten Coregarn 9 fehlte in einem bestimmten Bereich 90 mit einer Länge von ca. 12 mm die Seele 91.
Figur 4(a) zeigt eine Messung mit einem einfachen kapazitiven Sensor. Im seelenlosen Bereich 90 ist ein Ansteigen der Messkurve zu beobachten, aufgrund dessen auf das Nichtvorhandensein der Seele 91 geschlossen werden kann.
Figur 4(b) zeigt eine Messung mit einer Vorrichtung 1 gemäss Fig. 2. Wie anlässlich von Fig. 2 erläutert, hat diese Messung den Vorteil, dass sie unabhängig von
Massenschwankungen des Coregarns 9 ist. Tatsächlich zeigt ein Vergleich zwischen Fig. 4(a) und 4(b), dass letztere im fehlerlosen Bereich, in dem die Seele 91 vorhanden ist, sehr gleichmässig verläuft und einen konstanten Wert einhält, während erstere - offenbar wegen zufallige, von der Seele 91 unabhängiger Massenänderungen - Schwankungen unterworfen ist. Die Messkurve von Fig. 4(b) zeigt erst im seelenlosen Bereich 90 ausgeprägte Schwankungen. Der seelenlose Bereich 90 wird im Wesentlichen durch einen Anstieg des Messwertes deutlich über den Grundpegel angezeigt; an seinen Rändern sind Spitzen nach unten zu beobachten. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Vorrichtung
2 Messkondensator
20 Durchgangsöffhung
21, 22 Kondensatorplatten
3 Referenzkondensator
41, 42 erster, zweiter Wechselspannungsgeneri
43 Spannungsaddierer
5 Detektorschaltung
51 Leitung
52 Verstärker
53 Frequenzweiche
54 Hochpassfilter
55 Tiefpassfilter
56-58 Tiefpassfilter
6 erster Signalpfad
61, 62 erster, zweiter Teilpfad
63, 64 Multiplizierer
66 Phasenschieber
7 zweiter Signalpfad
73 Multiplizierer
8 Auswerteeinheit
81, 82 erster, zweiter Eingang
83, 84 Messelemente für elektrische Grossen
85 Zwischenauswertemodul
89 Ausgangsleitung
9 Coregarn
90 seelenloser Bereich
91 Seele
92 Mantel
101 Ausgangsleitung des Messkondensators
102 Widerstand
103 Verstärker
104 Operationsverstärker
S Signal x Position in Längsrichtung auf Coregarn

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Detektion einer Seele (91) in einem Coregarn (9), wobei ein elektrisches Wechselfeld erzeugt wird, das Coregarn (9) dem Wechselfeld ausgesetzt wird,
Eigenschaften des mit dem Coregarn (9) wechselwirkenden Wechselfeldes ermittelt werden, indem mindestens eine vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grosse aufgenommen wird und aus den Eigenschaften des Wechselfeldes auf ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein der Seele (9) geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grossen aufgenommen und miteinander verknüpft werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei aus der Verknüpfung eine Phasenverschiebung, einen Leistungsfaktor, einen Verlustwinkel, eine Dielektrizitätszahl, eine Dielektrizitätskonstante oder eine Kapazität ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Wechselfeld eine Überlagerung mindestens einer ersten Wechselfeldkomponente mit einer ersten Frequenz und einer zweiten Wechselfeldkomponente mit einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz ist und wobei eine erste der mindestens zwei elektrischen Grossen bei der ersten Frequenz und eine zweite der mindestens zwei elektrischen Grossen bei der zweiten Frequenz aufgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens drei vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grossen bei jeweils einer Frequenz aufgenommen werden, wovon eine der drei Grossen bei der ersten Frequenz und eine andere der drei Grossen bei der zweiten Frequenz aufgenommen wird, und die mindestens drei Grossen miteinander verknüpft werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Verknüpfung die Bildung einer Linearkombination beinhaltet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die erste Frequenz zwischen 1 MHz und 100 MHz, vorzugsweise zwischen 5 MHz und 50 MHz und bspw. bei ca. 10 MHz liegt, und die zweite Frequenz zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 50 kHz und 500 kHz und bspw. bei ca. 200 kHz liegt.
8. Vorrichtung (1) zur Detektion einer Seele (91) in einem Coregarn (9), beinhaltend einen Messkondensator (2) mit einer Durchgangsöffhung (20) für das Prüfgut (9), einen Wechselspannungsgenerator (4) zum Anlegen einer Wechselspannung an den Messkondensator (2) zwecks Beaufschlagung der Durchgangsöffnung (20) mit einem elektrischen Wechselfeld und eine mit dem Messkondensator (2) elektrisch verbundene Auswerteschaltung (8) zur
Auswertung mindestens einer vom Wechselfeld beeinflussten elektrischen Grosse, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (8) geeignet ist, ein Ausgangssignal auszugeben, das ein
Vorhandensein oder ein NichtVorhandensein der Seele (91) angibt.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Auswerteschaltung (8) geeignet ist, mindestens zwei vom Wechselfeld beeinflusste elektrische Grossen miteinander zu verknüpfen.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei der Wechselspannungsgenerator (4) geeignet ist, die Durchgangsöffhung (20) mit einem Wechselfeld zu beaufschlagen, das eine Überlagerung mindestens einer ersten Wechselfeldkomponente mit einer ersten Frequenz und einer zweiten Wechselfeldkomponente mit einer von der ersten
Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz ist, und die Auswerteschaltung geeignet ist, mindestens zwei elektrische Grossen miteinander zu verknüpfen, wovon eine erste bei der ersten Frequenz und eine zweite bei der zweiten Frequenz aufgenommen ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Auswerteschaltung (8) geeignet ist, mindestens drei elektrische Grossen miteinander zu verknüpfen, wovon eine (101) bei der ersten Frequenz und eine andere bei der zweiten Frequenz aufgenommen ist.
12. Vorrichtung (1) nach Ansprach 11, wobei zwischen dem Messkondensator (2) und der Auswerteschaltung (8) eine Detektorschaltung (5) zur Detektion eines Ausgangssignals des Messkondensators (2) angeordnet ist und die Detektorschaltung (5) eine Frequenzweiche (53) zur Aufteilung des Ausgangssignals auf zwei
Signalpfade (6, 7), von denen ein erster Signalpfad (6) der Übertragung eines Ausgangsteilsignals der ersten Frequenz und ein zweiter Signalpfad (7) der Übertragung eines Ausgangsteilsignals der zweiten Frequenz dient, beinhaltet.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8-12, wobei die Vorrichtung (1) nebst dem Messkondensator (2) einen Referenzkondensator (3) beinhaltet, der vorzugsweise zum Messkondensator (2) in Serie geschaltet ist.
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