WO2008107170A1 - Verfahren und anordnung zur überwachung und optimierung eines spulprozesses - Google Patents

Verfahren und anordnung zur überwachung und optimierung eines spulprozesses Download PDF

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WO2008107170A1
WO2008107170A1 PCT/EP2008/001737 EP2008001737W WO2008107170A1 WO 2008107170 A1 WO2008107170 A1 WO 2008107170A1 EP 2008001737 W EP2008001737 W EP 2008001737W WO 2008107170 A1 WO2008107170 A1 WO 2008107170A1
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thread
speed
determined
profile
sensors
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PCT/EP2008/001737
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English (en)
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Inventor
Ferdinand Josef Hermanns
Martin Linden
Tobyas Hennig
Original Assignee
Vienco Gmbh
Hochschule Niederrhein
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H61/00—Applications of devices for metering predetermined lengths of running material
    • B65H61/005—Applications of devices for metering predetermined lengths of running material for measuring speed of running yarns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • 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 present invention relates to a method according to the preamble of claim 1. It is used in textile machines for contactless determination of parameters of a running yarn and / or for monitoring and / or optimizing a winding process of a running yarn, especially in the formation of a wound from a running thread Kitchen sink.
  • a sensor device with at least two at a fixed distance in the direction of movement of the thread arranged behind one another, non-contact sensors is used at a winding unit of a textile machine, where a running thread is passed.
  • speed-proportional thread signals are continuously and at predetermined time intervals detected and fed to a computing unit. From the thus detected thread signals, which may also depend on the structure of the thread, and from the known distance of the sensors, the speed of the running thread is then determined by the arithmetic unit.
  • EP 0 000 721 A1 discloses an apparatus and a method for measuring the speed of textile threads on a winding machine.
  • BESTATIGUNGSKOPIE device which works according to the so-called correlation measurement method.
  • the two non-contact sensors can work in particular on an optical or capacitive basis.
  • the signal determined on the first sensor or the resulting signal course is shifted in time until it or he has a maximum similarity with the signal or the corresponding signal curve determined at the second sensor.
  • the determined delay of the first signal corresponds to the time required for the thread from the first to the second sensor. Since the distance between the two sensors is known, can be determined in this way the thread speed.
  • the determination of the time span takes place via a digital correlation method by means of a correlator.
  • Object of the present invention is therefore to provide an improved method of the type mentioned, the high-dynamic measurement operations at low cost yet allows a very high accuracy, and thus well suited for mass production in textile machines. Furthermore, an arrangement for carrying out the method is to be provided.
  • the thread signals detected by the two sensors in the time domain are first subjected to a Fourier transformation each time and thereby each transformed into a complex signal spectrum in the frequency domain,
  • At least from parts of the two complex signal spectra or from the complete signal spectra is by the arithmetic unit by a complex conjugate multiplication formed a common complex data field,
  • the correlation no longer needs to be performed in the time domain, but can be done in the so-called frequency domain.
  • the transformations carried out according to the invention initially seem to be a detour, in this way the number of multiplications required, in particular for larger data volumes, can be considerably reduced.
  • the method according to the invention can be carried out with significantly less powerful processors and thus at significantly lower costs, which also makes economic use possible as a series application in textile machines.
  • the advantage according to the invention is shown to be the greater, the larger the measurement fields are selected, so that highly accurate measurement results are achieved even with highly dynamic measurement processes with a large number of acquired signal values even with a very small number of arithmetic operations.
  • the number of computation steps required for an annular field size of approximately 1024 sampling points can be reduced to approximately 80,000 multiplies, which corresponds to a reduction of 92% and thus represents a considerable advantage.
  • the calculation method implemented according to the invention produces a result vector which directly indicates the coincidence of the two signals. In contrast to the previously known cross-correlation method, therefore, no displacement operations are performed any longer.
  • the two complex signal spectra do not necessarily have to be fully utilized.
  • certain parts of the recorded signal spectrum can be removed beforehand.
  • the complex multiplication does not require the so-called DC component of the measurement function, which is represented by the first complex spectral line. If, for example, these values are suppressed or removed in both spectra, then only the so-called alternating components of the spectrum are obtained for the complex conjugate multiplication.
  • the thread signals from each sensor are detected continuously as a thread signal course extending in the time domain.
  • the multiplicity of individual thread signals detected in this case results in a continuous or quasi-continuous course, which permits continuous monitoring or optimization of the winding process of a running thread.
  • the thread signals or thread signal profiles detected by the sensors are buffer-stored in a respective storage unit at least for the calculation duration of a defined time interval.
  • FIFO first-in-first-out
  • a particularly fast embodiment of the method according to the invention is obtained when the Fourier transforms are used as fast Fourier transformers. Transformations are performed.
  • the inverse Fourier transformation can also be carried out as an inverse fast Fourier transformation.
  • the speed of the running thread is determined over a plurality of time intervals and from this a speed profile or a speed profile is formed. From the thus determined speed profiles, various parameters of the monitored winding process can be determined. It can also be concluded from this to monitor or optimize the winding process on the possible presence of certain errors.
  • the length of the running thread can be determined particularly accurately by adding up several individual speeds taking into account the respective measuring times of the time intervals.
  • the run length measurement of the wound up in the coil production material corresponds to the integral or the sum of the individual lengths over an entire coil travel Since this length measurement is much more accurate than the length measurement used in today's series on the count of drum revolutions, the coiled thread length can be determined much more accurately , In this case, advantageously, the winding process can be ended via a control device when a predefinable length of the wound yarn is reached.
  • a predetermined or specifiable frequency range is extracted via suitable filter means or filter techniques from at least one signal spectrum and then analyzed with regard to specific parameters of the current thread.
  • This analysis can be performed both directly in the frequency domain and after applying an inverse Fourier transformation in the time domain.
  • the thread structure in particular the thread diameter can be determined, wherein only the frequency ranges necessary for the determination of the thread structure are extracted or removed.
  • the structure of the sensor device corresponds to two shading light barriers, which image the shadows and thus the structure of the thread on the receiver sensors. By using these signals, it is possible to determine the thread diameter simultaneously with the measuring process. It is also possible to influence the winding process as a function of the analyzed signals. For example, the removal of a defined part of the material analyzed can be carried out.
  • the speed profile or the speed profile is compared by means of a comparison device with at least one predetermined or predefinable speed set profile and / or speed limit profile.
  • a frequency analysis of the velocity profile can first be carried out before the comparison and the result of the frequency analysis compared with corresponding default values.
  • a further advantageous possibility for evaluating the detected signals is that the acceleration of the current yarn as a time derivative of the speed determined over several time intervals and from this an acceleration profile or acceleration profile is formed.
  • a signal is output by a control device and / or the winding process is automatically modified, in particular terminated, if the acceleration profile deviates from a predefined or predefinable desired acceleration profile in a predetermined or predefinable dimension and / or an acceleration limit profile is exceeded approaches or exceeds a predetermined or predeterminable level.
  • a signal is output by a control device and / or the winding process is automatically modified, in particular terminated, if the variance of a predetermined or predefinable target variance deviates to a predetermined or predeterminable extent and / or approaches or exceeds a limit variance up to a predetermined or predeterminable degree.
  • the amount of variance of the acceleration profile can be evaluated as a measure of the tensile load or thread tension of the current thread. If, for example, one determines the height of the noise level on the acceleration signal by calculating the standard deviation, then a measure of the yarn tension fluctuations during the winding process results.
  • a warning signal is preferably issued and / or reduces the tensile force acting on the thread and / or reduces the winding speed and / or a Garnabzugbe deviser adjusted when the tensile load increases or exceeds a predetermined level.
  • the speed profile is evaluated with respect to misdirections of the running thread on a wound up from the current thread spool and / or Fehlaufwicklept the running thread on a provided for driving the spool groove drum.
  • a special sensor is usually used for this, which shuts off the winding process. Disadvantage of this sensor is that the shutdown can be determined only after the emergence of the roll from the grooved drum and thus at a relatively late time.
  • a warning signal is preferably output and / or the coil is marked and / or the winding speed is reduced and / or the thread tension is reduced if a predeterminable degree of faulty guidance is exceeded.
  • the revolution period duration of a wound coil from the running thread is preferably determined by a pulse generator and determines one or more diameters of the coil, taking into account the speed of the running yarn and a conical coil taking into account the laying stroke or the Fadenchangtechnik become.
  • the winding process is preferably ended when a predeterminable diameter has been reached.
  • the position of the driving diameter can be output.
  • the outer or inner diameter of the conical coil can also be determined very accurately with known cone geometry.
  • the density of the wound from the current thread spool can be determined taking into account the Garnfritt and the thread length and the coil geometry, in particular the diameter and length of the coil.
  • information about the determined package density can be output and / or a warning signal can be generated if the package density exceeds a predefinable limit value.
  • the determination of the package density from the yarn count, the package geometry and the wound yarn length is a quality feature of the produced package. If, for example, the coil density varies greatly in a statistically comparable collective, then it can be assumed that the coil deviating from the collective can be described as having a lower thread tension and / or a too high contact pressure by the coil frame or other circumstances as reducing the quality.
  • the rotational speed or circumferential speed of a groove drum provided for driving the coil wound from the running thread is preferably determined by means of a pulse generator, the measurement signals being evaluated with respect to a slip between the peripheral speed of the coil on the one hand and the circumferential speed of the groove drum on the other hand become.
  • the knowledge obtained for slippage can be used for three different advantageous areas:
  • the slippage between the groove drum and the coil which is specifically generated by a picture interference method, can be monitored. If the slip deviates from a certain target value or exceeds or falls below a certain threshold value, a warning signal can be output and / or advantageously the image disturbance can be automatically corrected by a control unit.
  • the slip between the grooved drum and the spool can be evaluated for an order of paraffin on the thread. If the coil angular velocity taken from the coil axis is used for the exact diameter determination via the above-described determination of the speeds at the reversal points, then the driving diameter of the conical coil can be detected dynamically during the winding process. Due to acceleration mechanisms (image disturbance) acting on the bobbin during winding operation, the position of the driving diameter will greatly migrate in the case of waxing, while without paraffin coating the position will remain relatively constant.
  • a warning signal can be output and / or the winding process can be terminated automatically if the paraffin application deviates from a predefinable target value or falls below a predefinable limit value.
  • the slip between the grooved drum and the spool during startup of the winding process can be monitored.
  • the drive is preferably regulated to a predeterminable slip.
  • the winding process is a discrete continuous process, which is interrupted several times (depending on the material and the coil diameter, for example, more than 40 times) due to the Kopsvorlagen.
  • Today's trend to steadily increase the winding speeds (currently to 1800 m / min) sets a limit due to the recurring ramp-up of the associated increase in production.
  • a goal of the winding machine manufacturer is therefore to realize the fastest possible run-ups on the production speed and at the same time to keep the slip between the driving drum and the coil in a qualitatively predetermined limit.
  • the detection of the exact winding speed with simultaneous detection of the drum speed enables the slip between the drive drum and the bobbin to be precisely determined and thus regulated or regulated via the drum drive, so that the goal of maximum production increase can be optimally achieved with simultaneously high production quality ,
  • the speed profile can be evaluated with respect to a possible breakage of a running thread and / or a possible pinching of a running thread between a spool on which the thread is wound, and a drive roller driving the spool, preferably wherein the winding process is automatically terminated when a Breakage or pinching of the thread is determined.
  • the rotational speed or peripheral speed of a drive roller provided for driving the drum or grooving drum can be determined for example via a pulse, and the thus determined rotational speed or peripheral speed is then a control device for controlling the winding process for further control - or used for evaluation purposes.
  • the rotational speed or circumferential speed of the drive roller or grooved drum can be compared with the speed of the running thread determined according to the invention or with a speed profile formed therefrom and checked for plausibility. In this way, a relatively simple way for confirmation or for questioning or more accurate verification of the inventively determined speed of the current thread is available.
  • a signal is output by the control device and / or the winding process is automatically modified, in particular terminated, if a plausibility check leads to a negative result, ie if the two determined speeds do not match one another.
  • control device for controlling the winding process uses the determined rotational speed or circumferential speed of the drive roller or grooved drum instead of the speed of the running thread determined according to the invention if a predetermined or predefinable number of plausibility checks within a certain or determinable time interval resulted in a negative result.
  • Another particularly advantageous possibility for using the rotational speed or circumferential speed of the drive roller or grooved drum is that in a case where there is more than a maximum of the data field transformed back into the time domain, with the aid of the determined rotational speed or circumferential speed of the drive roller or grooved drum Maximum is determined, which correlates with the rotational speed or circumferential speed of the drive roller or grooved drum and from the position of which then the speed of the running thread is closed in the manner according to the invention.
  • the sensors of the sensor device work optically and detect light which is shaded and / or reflected by the running thread.
  • other types of sensors can be used.
  • electrostatic sensors on the current Fanden existing thread charges can be detected.
  • a laser beam is generated by a light source, which is divided by means of an optical part and steering means for dividing and steering the laser beam in at least two sub-beams, both of which are preferably directed parallel to each other on the current thread ,
  • a laser is particularly advantageous.
  • the big advantage of beam splitting is the statistical equality of the two measuring beams. Whereas in the case of a conventional beam path with diaphragm, the light is divided into two different beams, the laser light is virtually copied in the beam splitter. This provides an important metrological basis for the measuring method according to the invention, which consists in the equality of the two measuring sensors.
  • other beam splitters for example, those with infrared transmitting diodes can be used.
  • the present invention further relates to an arrangement for carrying out a method of the type described above.
  • An arrangement for the contactless determination of the structure and / or the speed of a running thread at a winding station of a textile machine comprising at least two in a fixed manner Distance in the direction of movement of a running thread arranged successively, non-contact sensors, an evaluation unit for evaluating the detectable by the sensors signals, and a computing unit, the at least one Fourier transformer for performing the Fourier transforms and the inverse Fourier transformation involves.
  • the arrangement is advantageously designed such that it is suitable for carrying out the method according to the invention described above.
  • Figure 1 a schematic representation of an arrangement for carrying out the method according to the invention
  • Figure 2 schematic representation of the beam splitting of a laser source.
  • the inventive device 1 shown in Figure 1 is used on a textile machine not shown in detail for the contactless determination of the speed of a running yarn 2 and for monitoring and optimizing the winding process, in which the running yarn 2 is wound on a spool 3, which of a grooved drum 4th is driven. It comprises a sensor device 5 with at least two non-contact optical sensors 6a and 6b arranged at a fixed distance d in the direction of movement of the running yarn 2. Both sensors 6a, 6b detect almost the same waveforms x and y of the current thread 2 in a staggered sequence.
  • the signals X n and y are stored at a high sampling rate at a sampling time of, for example, about 1 ⁇ s or at a sampling frequency of about 1 MHz via the FIFO ring fields formed as memory fields 8a, 8b, 9a, 9b, wherein the length or The number of memory locations of the FIFO fields is adjustable.
  • the fields 8a and 8b of the memory device serving as input fields are described, the contents of the FIFO fields 9a and 9b, which now serve as calculation fields, are calculated by the Fourier transform , multiplied by a complex conjugate and then transformed back into the non-complex time domain via an inverse Fourier transformation.
  • a further component 11 of the evaluation unit 7 searches for the output re-transformed time function after each new calculation, the maximum value whose position corresponds to the time interval t of the two signals X n and y n .
  • the instantaneous velocity v of the thread 2 can be calculated therefrom.
  • a laser beam 13 is generated by a light source 12, which is divided by a prism 14 into two partial beams 15 a and 15 b, both of which are directed parallel to each other on the current thread 2.
  • the prism 14 consists of two symmetrically arranged partial prisms 14a and 14b, which are blasted apart in the median plane 14c of the prism 14.
  • the prism 14 designed as a so-called Köster prism serves as an optical part and steering device both for the division of the laser beam 13 and for the steering of the two partial beams 15 a and 15 b thus obtained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen von Parametern eines laufenden Fadens (2) und/oder zur Überwachung und/oder Optimierung eines Spulprozesses eines laufenden Fadens (2), insbesondere bei der Bildung einer aus einem laufenden Faden (2) aufgewickelten Spule (3), wobei an einer Spulstelle einer Textilmaschine eine Sensoreinrichtung (5) mit mindestens zwei in einem festen Abstand (d) in Bewegungsrichtung des Fadens (2) hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden Sensoren (6a, 6b) eingesetzt wird, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: mittels zwei Sensoren (6a, 6b) werden jeweils kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen von der Struktur und/oder von der Geschwindigkeit des laufenden Fadens (2) abhängige Fadensignale (xn, yn) erfasst, die Fadensignale (xn, yn) werden einer Auswertungseinheit (7) zugeführt, die von den beiden Sensoren (6a, 6b) erfassten Fadensignale (xn, yn) werden zunächst jeweils durch eine Fourier-Transformation in zwei komplexe Signalspektren (X(jω), Y(jω)) transformiert, zumindest aus Teilen der beiden komplexen Signalspektren (X(jω), Y(jω)) wird durch eine komplex konjugierte Multiplikation ein gemeinsames komplexes Datenfeld (Z(jω)) gebildet, das gemeinsame komplexe Datenfeld (Z(jω)) wird durch eine inverse Fourier-Transformation in den Zeitbereich zurücktransformiert, ein Maximum des in den Zeitbereich rücktransformierten Datenfeldes z(t) wird ermittelt, und aus der der Lage des ermittelten Maximums entsprechenden zeitlichen Verschiebung und dem Abstand (d) der beiden Sensoren (6a, 6b) wird die Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) bestimmt. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Description

Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Optimierung eines Spulprozesses
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es dient bei Textilmaschinen zur berührungslosen Bestimmung von Parametern eines laufenden Fadens und/oder zur Überwachung und/oder Optimierung eines Spulprozesses eines laufenden Fadens, insbesondere bei der Bildung einer aus einem laufenden Faden aufgewickelten Spule. Dabei wird an einer Spulstelle einer Textilmaschine, an der ein laufender Faden vorbeigeführt wird, eine Sensoreinrichtung mit mindestens zwei in einem festen Abstand in Bewegungsrichtung des Fadens hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden Sensoren eingesetzt. Mittels dieser Sensoren werden jeweils kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen von der Geschwindigkeit des laufenden Fadens abhängige, geschwindigkeitsproportionale Fadensignale erfasst und einer Recheneinheit zugeführt. Aus den so erfassten Fadensignalen, die auch von der Struktur des Fadens abhängen können, und aus dem bekannten Abstand der Sensoren wird dann durch die Recheneinheit die Geschwindigkeit des laufenden Fadens bestimmt.
Klassische mechanische Messverfahren zur Geschwindigkeitsmessung des laufenden Fadens arbeiten mit abrollenden Messrädern. Mit dem Auftreten von Schlupf ist jedoch Reibung zwischen dem Garn und der Oberfläche des Messrades verbunden. Neben der durch den Schlupf entstehenden Mess- ungenauigkeit können durch die Reibung bei empfindlichen Fäden nachteilige Qualitätsbeeinträchtigungen auftreten. Um derartige Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, berührungslose Messverfahren in der Textilindustrie einzusetzen.
So ist beispielsweise aus der EP 0 000 721 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit von Textilfäden an einer Wickel-
BESTATIGUNGSKOPIE einrichtung bekannt, die nach dem sogenannten Korrelationsmessverfahren arbeitet. Dabei ermitteln zwei in Laufrichtung des Fadens in festem Abstand zueinander angeordnete Sensoren fortlaufend berührungslos und damit fadenschonend Fadensignale, die sich aus Unregelmäßigkeiten der Fadenoberfläche in Längsrichtung des Fadens ergeben, und die somit von der Struktur und der Geschwindigkeit des laufenden Fadens abhängen. Die beiden berührungsfrei arbeitenden Sensoren können insbesondere auf optischer oder kapazitiver Basis arbeiten. Das am ersten Sensor ermittelte Signal bzw. der daraus resultierende Signalverlauf wird zeitlich so weit verschoben, bis es bzw. er eine maximale Ähnlichkeit mit dem am zweiten Sensor ermittelten Signal bzw. dem entsprechenden Signalverlauf hat. Die dabei ermittelte Verzögerung des ersten Signals entspricht der Zeitspanne, die der Faden vom ersten bis zum zweiten Sensor benötigt. Da der Abstand der beiden Sensoren bekannt ist, läßt sich auf diese Weise die Fadengeschwindigkeit ermitteln. Die Bestimmung der Zeitspanne erfolgt hierbei über ein digitales Korrelationsverfahren mittels eines Korrelators.
Zu diesem bekannten Kreuzkorrelationsverfahren wurde in der DE 42 25 842 A1 mit dem Laufzeitkorrelationsverfahren eine weiterführende Verbesserung vorgeschlagen, die zwar berechnungstechnisch durchaus zügig funktioniert, jedoch in der Praxis nur eine geringe Dynamik erlaubt. Von Nachteil beim vorbekannten Kreuzkorrelationsverfahren ist jeweils die große Anzahl von Multiplikationen, die bei hochdynamischen Fadenspulvorgängen notwendig sind, um die Korrelationsfunktion korrekt zu ermitteln. Beispielsweise benötigt die Kreuzkorrelation zur gleitenden Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion bei einer Ringfeldgröße von ca. 1024 Abtastpunkten ca. 1 Million Multiplikationen und entsprechend viele Additionen. Wenn man von einer gleitenden Kreuz- korrelationsfunktions-Berechnung mit einer Abtastfrequenz von 1 kHz ausgeht, dann muss der Signalprozessor eine Multiplikation in weniger als 1 x 10~9 Sekunden (= 1 Nanosekunde) durchführen. Derartig schnelle Prozessoren sind abgesehen von ihren hohen Stückkosten aufgrund der damit einhergehenden großen Wärmeerzeugung auch mit aufwendigen Kühlungsmaßnahmen verbunden, was wiederum zu einer weiteren Kostensteigerung führt. Der Einsatz derartiger Hochleistungs-Prozessoren ist daher in einer Serienapplikation bei Textilmaschinen nicht realisierbar.
Für eine unter Kostengesichtspunkten wirtschaftlich realisierbare Serienapplikation bietet sich als Alternative nur die Möglichkeit der Reduzierung der Messfeldgröße an. Das ist jedoch nicht sinnvoll, da das Korrelationsverfahren ein statistisches Verfahren ist und eine Reduzierung der Messfeldgröße somit zwangsläufig zu einer Verringerung der Messgenauigkeit führen würde. Diese kostengünstigere Durchführung des Messverfahrens mit einer geringeren Anzahl von Rechenoperationen kann daher nur durch den Nachteil einer schlechteren Qualität des Messergebnisses erkauft werden, was bei hochdynamischen Messvorgängen jedoch nicht akzeptabel ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das hochdynamische Messvorgänge bei geringen Kosten dennoch mit einer sehr hohen Messgenauigkeit ermöglicht, und somit auch für den Serieneinsatz bei Textilmaschinen gut geeignet ist. Ferner soll eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung gemäß Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass das Verfahren die folgenden Schritt aufweist:
- die von den beiden Sensoren im Zeitbereich erfassten Fadensignale werden zunächst jeweils einer Fourier-Transformation unterzogen und dadurch jeweils in ein komplexes Signalspektrum im Frequenzbereich transformiert,
- zumindest aus Teilen der beiden komplexen Signalspektren oder aus den vollständigen Signalspektren wird von der Recheneinheit durch eine komplex konjungierte Multiplikation ein gemeinsames komplexes Datenfeld gebildet,
- das gemeinsame komplexe Datenfeld wird einer inversen Fourier- Transformation unterzogen und dadurch wieder in den nichtkomplexen Zeitbereich zurücktransformiert,
- es wird ein Maximum des in den Zeitbereich rücktransformierten Datenfeldes ermittelt, und
- aus der zeitlichen Verschiebung, die der Lage des ermittelten Maximums entspricht, sowie aus dem bekannten Abstand der beiden Sensoren wird die Geschwindigkeit des laufenden Fadens bestimmt.
Durch die Verwendung der Fourier-Transformation muss die Korrelation nicht mehr im Zeitbereich durchgeführt werden, sondern sie kann im sogenannten Frequenzbereich erfolgen. Obwohl die erfindungsgemäß ausgeführten Transformationen zunächst ein Umweg zu sein scheinen, kann auf diese Weise die Anzahl der benötigten Multiplikationen vor allem bei größeren Datenmengen erheblich verringert werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren mit wesentlich weniger leistungsstarken Prozessoren und somit zu deutlich geringeren Kosten ausgeführt werden, was auch einen wirtschaftlichen Einsatz als Serienapplikation bei Textilmaschinen ermöglicht.
Der erfindungsgemäße Vorteil zeigt sich dabei um so stärker, je größer die Messfelder gewählt werden, so dass gerade bei hochdynamischen Messvorgängen mit einer Vielzahl von erfassten Signalwerten schon mit einer sehr deutlich geringen Anzahl von Rechenoperationen hoch genaue Messergebnisse erzielt werden. So kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anzahl der notwendigen Rechenschritte bei einer Ringfeldgröße von ca. 1024 Abtastpunkten auf ca. 80.000 Multiplikationen verringert werden, was einer Reduzierung um 92 % entspricht und somit einen erheblichen Vorteil bedeutet. Das erfindungsgemäß ausgeführte Rechenverfahren ergibt einen Ergebnisvektor, der unmittelbar die Übereinstimmung der beiden Signale anzeigt. Im Gegensatz zu dem vorbekannten Kreuzkorrelationsverfahren werden daher keine Verschiebungsoperationen mehr durchgeführt.
Für die Durchführung der komplex konjungierten Multiplikation zur Bildung des gemeinsamen komplexen Datenfelds müssen die beiden komplexen Signalspektren nicht unbedingt vollständig verwendet werden. Vorteilhafterweise können bestimmte Teile des aufgenommenen Signalspektrums zuvor entnommen werden. So benötigt die komplexe Multiplikation beispielsweise nicht den sogenannten Gleichanteil der Messfunktion, der durch die erste komplexe Spektrallinie dargestellt wird. Werden also beispielsweise in beiden Spektren diese Werte unterdrückt bzw. entnommen, so erhält man für die komplex konjugierte Multiplikation nur die sogenannten Wechselanteile des Spektrums.
Vorteilhafterweise werden dabei zumindest über ein bestimmtes Zeitintervall hinweg die Fadensignale von jedem Sensor jeweils kontinuierlich als ein im Zeitbereich verlaufender Fadensignalverlauf erfasst. Die hierbei erfasste Vielzahl von einzelnen Fadensignalen ergibt einen kontinuierlichen oder quasi kontinuierlichen Verlauf, was eine kontinuierliche Überwachung bzw. Optimierung des Spulprozesses eines laufenden Fadens ermöglicht.
Besonders günstig ist es, wenn die von den Sensoren erfassten Fadensignale oder Fadensignalverläufe zumindest für die Berechnungsdauer eines definierten Zeitintervalls in jeweils einer Speichereinheit zwischengespeichert werden. Diese Speicherung kann insbesondere als Datenvektor in einem sogenannten FIFO-FeId (FIFO = First-in-First-out) erfolgen. Während dieser Zwischenspeicherung können die in einem vorangehenden Zeitintervall abgespeicherten Werte transformiert und bearbeitet werden.
Eine besonders schnelle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann erhalten, wenn die Fourier-Transformationen als Fast-Fourier- Transformationen durchgeführt werden. In gleicher Weise kann auch die inverse Fourier-Transformation als inverse Fast-Fourier-Transformation durchgeführt werden.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Geschwindigkeit des laufenden Fadens über mehrere Zeitintervalle hinweg bestimmt und hieraus ein Geschwindigkeitsprofil bzw. ein Geschwindigkeitsverlauf gebildet wird. Aus den so ermittelten Geschwindigkeitsverläufen können verschiedene Parameter des überwachten Spulprozesses ermittelt werden. Auch kann hieraus zur Überwachung bzw. Optimierung des Spulprozesses auf das mögliche Vorliegen bestimmter Fehler geschlossen werden.
Darüber hinaus kann durch die Aufsummierung mehrerer einzelner Geschwindigkeiten unter Berücksichtigung der jeweiligen Messzeiten der Zeitintervalle die Länge des laufenden Fadens besonders exakt bestimmt werden. Die Lauflängenmessung des bei der Spulenherstellung aufgespulten Materials entspricht dem Integral oder der Summe der Einzellängen über eine gesamte Spulenreise Da diese Längenmessung wesentlich genauer ist, als die in der heutigen Serie eingesetzte Längenmessung über die Zählung der Trommelumdrehungen, kann die aufgespulte Fadenlänge sehr viel exakter bestimmt werden. Dabei kann vorteilhafterweise der Spulprozess über eine Steuereinrichtung beendet werden, wenn eine vorgebbare Länge des aufgespulten Fadens erreicht ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden über geeignete Filtermittel bzw. Filtertechniken aus mindestens einem Signalspektrum ein vorgegebener oder vorgebbarer Frequenzbereich extrahiert und anschließend im Hinblick auf bestimmte Parameter des laufenden Fadens analysiert. Diese Analyse kann sowohl direkt im Frequenzbereich als auch nach Anwendung einer inversen Fourier- Transformation im Zeitbereich durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Fadenstruktur, insbesondere der Fadendurchmesser bestimmt werden, wobei lediglich die für die Bestimmung der Fadenstruktur notwendigen Frequenzbereiche extrahiert bzw. entnommen werden. Prinzipiell entspricht der Aufbau der Sensoreinrichtung zwei Abschattungslichtschranken, die auf die Empfängersensoren den Schattenwurf und damit die Struktur des Fadens abbilden. Durch Nutzung dieser Signale besteht die Möglichkeit, den Fadendurchmesser simultan zum Messprozess zu bestimmen. Auch besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den analysierten Signalen Einfluss auf den Spulprozess zu nehmen. So kann beispielsweise die Entnahme eines definierten Teils des analysierten Materials durchgeführt werden.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der Geschwindigkeitsverlauf bzw. das Geschwindigkeitsprofil mittels einer Vergleichsvorrichtung mit mindestens einem vorgegebenen oder vorgebbaren Geschwindigkeits-Sollprofil und/oder Geschwindigkeits-Grenzprofil verglichen wird. Auch kann hierzu vor dem Vergleich zunächst eine Frequenzanalyse des Geschwindigkeitsprofils durchgeführt und das Ergebnis der Frequenzanalyse mit entsprechenden Vorgabewerten verglichen werden. Durch den Vergleich mit Sollprofilen und/oder Grenzprofilen kann auf das Vorliegen eines fehlerfreien Spulvorgangs oder aber auf bestimmter Ereignisse bzw. Fehler im Spulprozess geschlossen werden.
Dabei wird als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn das Geschwindigkeitsprofil von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Geschwindigkeits-Sollprofil in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einem Geschwindigkeits-Grenzprofil bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder dieses überschreitet. Abweichungen des Geschwindigkeitsprofil von einem bestimmten Geschwindigkeits- Sollprofil oder die Annäherung oder Überschreitung eines bestimmten Geschwindigkeits-Grenzprofils kann beispielsweise auf bestimmte Fehler beim Spulen oder Aufwickeln des Fadens hindeuten. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Auswertung der erfassten Signale besteht darin, dass die Beschleunigung des laufenden Fadens als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit über mehrere Zeitintervalle hinweg bestimmt und hieraus ein Beschleunigungsprofil bzw. Beschleunigungsverlauf gebildet wird.
In einer dem Vergleich der Geschwindigkeitsprofile entsprechenden Weise kann daraus ebenfalls auf bestimmte Eigenschaften oder Ereignisse des Spulprozesses geschlossen werden. So kann Vorteilhafterweise von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet werden, wenn das Beschleunigungsprofil von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Beschleunigungs-Sollprofil in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einem Beschleunigungs-Grenzprofil bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder dieses überschreitet.
Ferner kann es günstig sein, die Varianz oder Standardabweichung des Geschwindigkeitsprofils und/oder des Beschleunigungsprofils zu bilden, wobei von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn die Varianz von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Soll-Varianz in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einer Grenzvarianz bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder diese überschreitet.
Insbesondere kann so die Höhe der Varianz des Beschleunigungsprofils als ein Maß für die Zugkraftbeanspruchung bzw. Fadenspannung des laufenden Fadens ausgewertet werden. Bestimmt man beispielsweise die Höhe des Rauschpegels auf dem Beschleunigungssignal durch die Berechnung der Standardabweichung, so ergibt sich ein Maß für die Fadenzugkraftschwankungen während des Spulprozesses. Dabei wird vorzugsweise ein Warnsignal ausgegeben und/oder die auf den Faden wirkende Zugkraft reduziert und/oder die Spulgeschwindigkeit reduziert und/oder ein Garnabzugbeschleuniger verstellt, wenn die Zugkraftbeanspruchung steigt oder ein vorgebbares Maß überschreitet.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das Geschwindigkeitsprofil bezüglich Fehlführungen des laufenden Fadens auf einer aus dem laufenden Faden aufgewickelten Spule und/oder bezüglich Fehlaufwicklungen des laufenden Fadens auf eine zum Antrieb der Spule vorgesehene Nutentrommel ausgewertet wird. Mitunter kann es beim Spulprozess vorkommen, dass das Garn nicht mehr auf die Spule aufgewickelt wird, sondern sich auf die Nutentrommel wickelt. Wenn der Spulprozess dann nicht unterbrochen wird, kann es zur Blockierung bis hin zur Verformung der Leitkontoren kommen. In Standardspulmaschinen setzt man hierfür üblicherweise einen speziellen Sensor ein, der den Spulprozess abschaltet. Nachteil dieses Sensors ist, dass die Abschaltung erst nach dem Austreten des Wickels aus der Nutentrommel und somit zu einem relativ späten Zeitpunkt festgestellt werden kann. Demgegenüber wird diese Fehlfunktion mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schon sehr früh erfasst, so dass dementsprechend schnell reagiert werden kann. Dabei wird vorzugsweise ein Warnsignal ausgegeben und/oder die Spule gekennzeichnet und/oder die Spulgeschwindigkeit reduziert und/oder die Fadenspannung reduziert, wenn ein vorgebbares Maß an Fehlführungen überschritten wird.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Umdrehungsperiodendauer einer aus dem laufenden Faden aufgewickelten Spule vorzugsweise über einen Impulsgeber ermittelt und daraus unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des laufenden Fadens sowie bei einer konischen Spule unter Berücksichtigung des Verlegehubes bzw. der Fadenchangierung ein oder mehrere Durchmesser der Spule bestimmt werden. Dabei wird der Spulprozess vorzugsweise beendet, wenn ein vorgebbarer Durchmesser erreicht ist. Auch kann vorteilhafterweise die Lage des antreibenden Durchmessers ausgegeben werden.
Über die hochdynamische Geschwindigkeitsmessung des Fadens durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch an den Umkehrpunkten der Fadenchangierung direkt der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser einer konischen Spule berechnet werden. Dabei ergeben sich die folgenden Zusammenhänge:
V Außen — r Außen ' ωSpule und
V Innen f Innen ' ^ Spule
wobei rder Radius und v die Umfangsgeschwindigkeit ist.
Wenn man davon ausgeht, dass die Winkelgeschwindigkeit ωspuie der Spule konstant ist, ergibt sich der Zusammenhang:
V Außen _ r Außen
V Innen f Innen
Wird gleichzeitig mit der Erfassung der Spulgeschwindigkeit auch die Spulendrehzahl bzw. ωspuie erfasst, so kann bei bekannter Konusgeometrie auch der Außen- bzw. Innendurchmesser der konischen Spule sehr genau bestimmt werden.
Ferner kann die Dichte der aus dem laufenden Faden aufgewickelten Spule bestimmt werden unter Berücksichtigung der Garnfeinheit sowie der Fadenlänge und der Spulengeometrie, insbesondere der Durchmesser und Länge der Spule. Vorzugsweise kann eine Information zur ermittelten Spulendichte ausgegeben werden und/oder ein Warnsignal erzeugt werden, wenn die Spulendichte einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Die Bestimmung der Spulendichte aus der Garnfeinheit, der Spulengeometrie und der gespulten Garnlänge ist ein Qualitätsmerkmal der produzierten Spule. Ist beispielsweise die Spulendichte in einem statistisch vergleichbaren Kollektiv stark abweichend, so kann davon ausgegangen werden, dass die vom Kollektiv abweichenden Spulen infolge einer zu hohen Fadenspannung und/oder eines zu hohen Anpressdrucks durch den Spulenrahmen oder sonstiger Umstände als qualitätsmindernd zu bezeichnen sind. Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit einer zum Antrieb der aus dem laufenden Faden aufgewickelten Spule vorgesehenen Nutentrommel vorzugsweise über einen Impulsgeber ermittelt wird, wobei die Messsignale bezüglich eines Schlupfes zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Spule einerseits und der Umfangsgeschwindigkeit der Nutentrommel andererseits ausgewertet werden. Die zum Schlupf erhaltenen Kenntnisse können für drei verschiedene vorteilhafte Bereiche eingesetzt werden:
So ist beispielsweise der durch ein Bildstörverfahren gezielt erzeugte Schlupf zwischen der Nutentrommel und der Spule überwachbar. Wenn der Schlupf von einem bestimmten Zielwert abweicht oder einen bestimmten Grenzwert über- oder unterschreitet, kann ein Warnsignal ausgegeben und/oder vorteilhafterweise der Bildstörhub durch eine Steuereinheit automatisch korrigiert werden.
Auch kann der Schlupf zwischen der Nutentrommel und der Spule bezüglich eines Auftrages von Paraffin auf den Faden ausgewertet werden. Nutz man zu der exakten Durchmesserbestimmung über die vorangehend beschriebene Ermittlung der Geschwindigkeiten an den Umkehrpunkten die von der Spulenachse abgenommene Spulenwinkelgeschwindigkeit, so kann der treibenden Durchmesser der konischen Spule dynamisch also während des Spulprozesses erfasst werden. Aufgrund von Beschleunigungsmechanismen (Bildstörung), die während des Spulbetriebs auf die Spule wirken, wird die Position des antreibenden Durchmessers im Falle der Paraffinierung stark wandern, während ohne Paraffinauftrag die Position relativ konstant bleibt. Vorteilhafterweise kann ein Warnsignal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch beendet werden, wenn der Paraffinauftrag von einem vorgebbaren Zielwert abweicht oder einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet.
Ferner kann der Schlupf zwischen der Nutentrommel und der Spule beim Hochlaufen des Spulprozess überwacht werden. Dabei wird der Antrieb vorzugsweise auf einen vorgebbaren Schlupf geregelt. Der Spulprozess ist ein diskon- tinuierlicher Prozess, der aufgrund der Kopsvorlagen mehrmals (abhängig vom Material und dem Spulendurchmesser beispielsweise mehr als 40 mal) unterbrochen wird. Der heutige Trend, die Spulgeschwindigkeiten stetig zu erhöhen (zur Zeit auf 1800 m/min), setzt aufgrund der immer wiederkehrenden Hochläufe der damit verbundenen Produktionssteigerung eine Grenze. Ein Ziel der Spulmaschinenhersteller ist es daher, möglichst schnelle Hochläufe auf die Produktionsgeschwindigkeit zu realisieren und dabei gleichzeitig den Schlupf zwischen der antreibenden Trommel und der Spule in einer qualitativ vorgegebenen Grenze zu halten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann über die Erfassung der exakten Spulgeschwindigkeit mit gleichzeitiger Erfassung der Tommeldrehzahl der Schlupf zwischen Antriebstrommel und Spule exakt bestimmt und damit über den Trommelantrieb eingestellt bzw. geregelt werden, so dass das Ziel einer größtmöglichen Produktionssteigerung bei gleichzeitig hoher Produktionsqualität optimal erreicht werden kann.
Auch kann das Geschwindigkeitsprofil bezüglich eines möglichen Bruchs eines laufenden Fadens und/oder eines möglichen Einklemmens eines laufenden Fadens zwischen einer Spule, auf die der Faden aufgewickelt wird, und einer die Spule antreibenden Antriebswalze ausgewertet werden, wobei vorzugsweise der Spulprozess automatisch beendet wird, wenn ein Bruch oder eine Einklemmung des Fadens ermittelt wird.
Ferner kann gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit einer zum Antrieb der Spule vorgesehenen Antriebswalze oder Nutentrommel beispielsweise über einen Impulsgeber ermittelt werden, und die so ermittelte Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit wird dann einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Spulprozesses für weitere Steuerungs- oder Auswertungszwecke zugeführt. So kann beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel mit der erfindungsgemäß bestimmten Geschwindigkeit des laufenden Fadens oder mit einem daraus gebildeten Geschwindigkeitsprofil verglichen und hinsichtlich der Plausibilität überprüft werden. Auf diese Weise steht eine relativ einfache Möglichkeit zur Bestätigung bzw. zur Hinterfragung oder genaueren Überprüfung der erfindungsgemäß bestimmten Geschwindigkeit des laufenden Fadens zur Verfügung. Vorteilhafterweise kann in Abhängigkeit vom Ergebnis der Plausibilitätsprüfung von der Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet werden, wenn eine Plausibilitätsprüfung zu einem negativen Ergebnis führt, also wenn die beiden ermittelten Geschwindigkeiten nicht zueinander passen.
Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die Steuereinrichtung zur Steuerung des Spulprozesses anstelle der erfindungsgemäß bestimmten Geschwindigkeit des laufenden Fadens die ermittelte Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel verwendet, wenn eine vorgegebene oder vorgebbare Anzahl von Plausibilitäts- prüfungen innerhalb eines bestimmten oder bestimmbaren Zeitintervalls zu einem negativen Ergebnis geführt hat.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Verwendung der Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel besteht darin, dass in einem Fall, wo mehr als ein Maximum des in den Zeitbereich rücktransformierten Datenfeldes vorliegt, mit Hilfe der ermittelten Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel dasjenige Maximum bestimmt wird, welches mit der Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel korreliert und aus dessen Lage dann auf die erfindungsgemäße Art und Weise die Geschwindigkeit des laufenden Fadens geschlossen wird. Besonders vorteilhaft ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn die Sensoren der Sensoreinrichtung optischen arbeiten und Licht erfassen, das von dem laufenden Faden abgeschattet und/oder reflektiert wird. Alternativ können auch andere Sensorarten eingesetzt werden. So können insbesondere mit elektrostatischen Sensoren auf dem laufenden Fanden vorhandene Fadenladungen erfasst werden.
Vorzugsweise wird dabei vorgeschlagen, dass von einer Lichtquelle ein Laserstrahl erzeugt wird, der mittels einer optischen Teil- und Lenk-Einrichtung zur Teilung und Lenkung des Laserstrahls in mindestens zwei Teilstrahlen geteilt wird, die beide, vorzugsweise parallel zueinander, auf den laufenden Faden gelenkt werden. Es zeigt sich, dass neben den Ausführungen der Messstrecke mit normalen Lichtsensoren der Einsatz eines Lasers besonders vorteilhaft ist. Der große Vorteil der Strahlenteilung ist die statistische Gleichheit der beiden Messstrahlen. Während bei einem herkömmlichen Strahlengang mit Blende eine Aufteilung des Lichts in zwei unterschiedliche Strahlen erfolgt, wird beim Strahlenteiler das Laserlicht quasi kopiert. Damit ist eine wichtige messtechnische Grundlage für das erfindungsgemäße Messverfahren gegeben, die in der Gleichheit der beiden Messsensoren besteht. Zur Strahlenteilung können auch andere Strahlenteiler, beispielsweise solche mit Infrarotsendedioden eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens der vorangehend beschriebenen Art. Eine dem vorangehend beschriebenen Verfahren entsprechende Anordnung zum berührungslosen Bestimmen der Struktur und/oder der Geschwindigkeit eines laufenden Fadens an einer Spulstelle einer Textilmaschine umfasst eine Sensoreinrichtung mit mindestens zwei in einem festen Abstand in der Bewegungsrichtung eines laufenden Fadens hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden Sensoren, eine Auswertungseinheit zur Auswertung der von den Sensoren erfassbaren Signale, und eine Recheneinheit, die mindestens einen Fourier- Transformator zur Durchführung der Fourier-Transformationen und der inversen Fourier-Transformation beinhaltet. Die Anordnung ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass sie zur Ausführung des vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1 : schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2: schematische Darstellung der Strahlenteilung einer Laserquelle.
Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dient an einer nicht näher dargestellten Textilmaschine zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeit eines laufenden Fadens 2 sowie zur Überwachung und Optimierung des Spulprozesses, bei dem der laufende Faden 2 auf eine Spule 3 aufgewickelt wird, welche von einer Nutentrommel 4 angetrieben wird. Sie umfasst eine Sensoreinrichtung 5 mit mindestens zwei in einem festen Abstand d in der Bewegungsrichtung des laufenden Fadens 2 hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden optischen Sensoren 6a und 6b. Beide Sensoren 6a, 6b erfassen nahezu die gleichen Signalverläufe x und y des laufenden Fadens 2 in zeitlich versetzter Abfolge.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Auswertungseinheit 7, der die von den Sensoren 6a, 6b erfassten Signale Xn und yn zur Auswertung zugeführt werden. Die Auswertungseinheit 7 beinhaltet eine Speichereinrichtung mit zwei Speicherfeldern 8a, 8b, 9a, 9b sowie eine Recheneinheit 10 mit einem Fourier- Transformator zur Durchführung der erfindungsgemäßen Transformation der beiden im Zeitbereich erfassten Signale xn und yn in jeweils ein komplexes Signalspektrum (X(jω), YGω)) im Frequenzbereich. Außerdem enthält die Recheneinheit 10 auch einen inversen Fourier-Transformator zur Durchführung der erfindungsgemäß vorgesehenen inversen Fourier-Transformation.
Die Signale Xn und y„ werden mit einer hohen Abtastrate bei einer Abtastzeit von beispielsweise etwa 1 μs bzw. bei einer Abtastfrequenz von etwa 1 MHz über die als FIFO-Ringfelder ausgebildeten Speicherfelder 8a, 8b, 9a, 9b zwischengespeichert, wobei die Länge bzw. die Anzahl der Speicherplätze der FIFO-Felder einstellbar ist.
Während auf der einen Seite die als Eingabefelder dienenden Felder 8a und 8b der Speichereinrichtung beschrieben werden, werden von den Inhalten der zu einem vorhergehenden Zeitpunkt beschriebenen FIFO-Felder 9a und 9b, die jetzt als Berechnungsfelder dienen, die Spektren mit Hilfe der Fourier- Transformation berechnet, komplex konjugiert miteinander multipliziert und anschließend über eine inverse Fourier-Transformation in den nichtkomplexen Zeitbereich zurücktransformiert.
Eine weitere Komponente 11 der Auswertungseinheit 7 sucht bei der ausgegebenen rücktransformierten Zeitfunktion nach jeder neuen Berechnung den Maximalwert, dessen Position den zeitlichen Abstand t der beiden Signale Xn und yn entspricht. Durch Einbeziehung des bekannten Sensorabstandes d kann hieraus die momentane Geschwindigkeit v des Fadens 2 berechnet werden.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Strahlengang wird von einer Lichtquelle 12 ein Laserstrahl 13 erzeugt, der mittels eines Prismas 14 in zwei Teilstrahlen 15 a und 15 b geteilt wird, die parallel zueinander beide auf den laufenden Faden 2 gelenkt werden. Das Prisma 14 besteht dabei aus zwei symmetrisch angeordneten Teilprismen 14a und 14b, die in der Mittelebene 14c des Prismas 14 aneinander gesprengt sind. Das als sogenanntes Köster-Prisma ausgebildete Prisma 14 dient als optische Teil- und Lenk-Einrichtung sowohl zur Teilung des Laserstrahls 13 als auch zur Lenkung der beiden so erhaltenen Teilstrahlen 15 a und 15 b.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum berührungslosen Bestimmen von Parametern eines laufenden Fadens (2) und/oder zur Überwachung und/oder Optimierung eines Spulprozesses eines laufenden Fadens (2), insbesondere bei der Bildung einer aus einem laufenden Faden (2) aufgewickelten Spule (3), wobei an einer Spulstelle einer Textilmaschine eine Sensoreinrichtung (5) mit mindestens zwei in einem festen Abstand (d) in Bewegungsrichtung des Fadens (2) hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden Sensoren (6a, 6b) eingesetzt wird, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- mittels zwei Sensoren (6a, 6b) werden jeweils kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen von der Struktur und/oder von der Geschwindigkeit des laufenden Fadens (2) abhängige Fadensignale (Xn, yn) erfasst,
- die Fadensignale (xn, yn) werden einer Auswertungseinheit (7) zugeführt,
- aus den erfassten Fadensignalen (xn, yn) und dem Abstand (d) der Sensoren (6a, 6b) wird durch die Auswertungseinheit (7) die Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) bestimmt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die von den beiden Sensoren (6a, 6b) erfassten Fadensignale (Xn, yn) zunächst jeweils durch eine Fourier-Transformation in zwei komplexe Signalspektren (XQω), YQω)) transformiert werden, - dass zumindest aus Teilen der beiden komplexen Signalspektren (X0ω). YÜω)) durch eine komplex konjugierte Multiplikation ein gemeinsames komplexes Datenfeld (Z(jω)) gebildet wird,
- dass das gemeinsame komplexe Datenfeld (Z(jω)) durch eine inverse Fourier-Transformation in den Zeitbereich zurücktransformiert wird,
- dass ein Maximum des in den Zeitbereich rücktransformierten Datenfeldes z(t) ermittelt wird, und dass aus der der Lage des ermittelten Maximums entsprechenden zeitlichen Verschiebung und dem Abstand (d) der beiden Sensoren (6a, 6b) die Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadu rc h geken nzeich net, dass zumindest über ein bestimmtes Zeitintervall hinweg die Fadensignale (Xn, Yn) kontinuierlich als im Zeitbereich verlaufende Fadensignalverläufe erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dad u rc h geke nnzeic hnet, dass die von den Sensoren (6a, 6b) erfassten Fadensignale (xn, yn) oder Fadensignalverläufe zumindest für die Berechnungsdauer eines Zeitintervalls in jeweils einer Speichereinheit (8a, 8b oder 9a, 9b) zwischengespeichert werden, wobei die komplexe Auswertung und Berechnung über die jeweils anderen Speichereinheiten (9a, 9b oder 8a, 8b) auf die im vorhergehenden Zeitintervall abgespeicherten Werte angewendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadu rch geken nzeich net, dass die Fourier-Transformationen als Fast-Fourier- Transformationen (FFT) durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dad u rc h geken nzeic h net, dass die Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) über mehrere Zeitintervalle hinweg bestimmt und hieraus ein Geschwindigkeitsprofil gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dad urch geken nzeich net, dass durch Aufsummierung mehrerer einzelner Geschwindigkeiten (v) unter Berücksichtigung der jeweiligen Messzeiten der Zeitintervalle die Länge des laufenden Fadens (2) bestimmt wird, wobei vorzugsweise der Spulprozess über eine Steuereinrichtung beendet wird, wenn eine vorgebbare Länge des aufgespulten Fadens (2) erreicht ist.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dad u rch geken nze ich net, dass aus mindestens einem Signalspektrum (X(jω), Y(Jw)) über ein Filtermittel ein vorgegebener oder vorgebbarer Frequenzbereich extrahiert wird, und dass der extrahierte Frequenzbereich anschließend bezüglich bestimmter Eigenschaften und/oder Grenzwertverletzungen analysiert oder durch eine inverse Fourier-Transformation in den Zeitbereich zurücktransformiert und im Zeitbereich bezüglich bestimmter Eigenschaften und/oder Grenzwertverletzungen analysiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dad u rc h geken nzeich net, dass von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn die analysierten Eigenschaften von vorgegebenen oder vorgebbaren Eigenschaften in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweichen und/oder wenn eine Grenzwertverletzung festgestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dad u rc h geken nzeic h net, dass das Geschwindigkeitsprofil mittels einer Vergleichsvorrichtung mit mindestens einem vorgegebenen oder vorgebbaren Geschwindigkeits- Sollprofil und/oder Geschwindigkeits-Grenzprofil verglichen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadu rc h geken nzeich net, dass von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn das Geschwindigkeitsprofil von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Geschwindigkeits-Sollprofil in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einem Geschwindigkeits-Grenzprofil bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder dieses überschreitet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch geken nzeichnet, dass die Beschleunigung des laufenden Fadens (2) als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit (y) über mehrere Zeitintervalle hinweg bestimmt und hieraus ein Beschleunigungsprofil gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dad u rc h geken nzeich net, dass von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn das Beschleunigungsprofil von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Beschleunigungs-Sollprofil in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einem Beschleunigungs-Grenzprofil bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder dieses überschreitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dad u rch geken nze ic h net, dass die Varianz oder Standardabweichung des Geschwindigkeitsprofils und/oder des Beschleunigungsprofils gebildet wird und von einer Steuereinrichtung ein Signal ausgegeben und/oder der Spulprozess automatisch modifiziert, insbesondere beendet wird, wenn die Varianz von einer vorgegebenen oder vorgebbaren Soll-Varianz in einem vorbestimmten oder vorgebbaren Maße abweicht und/oder sich einer Grenzvarianz bis auf ein vorbestimmtes oder vorgebbares Maß annähert oder diese überschreitet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dad u rch geken nzeich net, dass die Höhe der Varianz des Beschleunigungsprofils als ein Maß für die Zugkraftbeanspruchung des laufenden Fadens (2) ausgewertet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch geke n nzeich net, dass das Geschwindigkeitsprofil bezüglich Fehlführungen des laufenden Fadens (2) auf der Spule (3) und/oder bezüglich Fehlaufwicklungen des laufenden Fadens (2) auf eine zum Antrieb der Spule (3) vorgesehene Nutentrommel (4) ausgewertet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dad u rc h geken nzeich net, dass die Umdrehungsperiodendauer einer aus dem laufenden Faden (2) aufgewickelten Spule (3) vorzugsweise über einen Impulsgeber ermittelt wird, und dass daraus unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) sowie bei einer konischen Spule (3) unter Berücksichtigung des Verlegehubes mindestens ein Durchmesser der Spule (3) bestimmt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dad u rc h geken nzeic h net, dass die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit einer zum Antrieb der Spule (3) vorgesehenen Antriebswalze oder Nutentrommel (4) vorzugsweise über einen Impulsgeber ermittelt wird, und dass das Geschwindigkeitsprofil bezüglich eines Schlupfes zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Spule (3) einerseits und der Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze bzw. Nutentrommel (4) andererseits ausgewertet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dad u rc h geken nzeich net, dass der durch ein Bildstörverfahren erzeugte Schlupf zwischen der Nutentrommel (4) und der Spule (3) überwacht wird, und dass ein Warnsignal ausgegeben und/oder der Bildstörhub durch eine Steuereinrichtung automatisch korrigiert wird, wenn der Schlupf von einem vorgebbaren Zielwert abweicht oder einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dad u rch geken nzeic hnet, dass die Größe des Schlupfes zwischen der Antriebswalze oder Nutentrommel (4) und der Spule (3) bezüglich eines Auftrages von Paraffin auf den Faden (2) ausgewertet wird, und dass ein Warnsignal ausgegeben und/oder der Spulprozess beendet wird, wenn der Paraffinauftrag von einem vorgebbaren Zielwert abweicht oder einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadu rch geken nzeic h net, dass der Schlupf zwischen der Nutentrommel (4) und der Spule (3) beim Hochlaufen des Spulprozess überwacht wird, wobei vorzugsweise der Antrieb über eine Regelungseinheit auf einen vorgebbaren Schlupf geregelt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 16, d a d u r c h geken nzeic h net, dass die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit einer zum Antrieb der Spule (3) vorgesehenen Antriebswalze oder Nutentrommel (4) vorzugsweise über einen Impulsgeber ermittelt und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Spulprozesses zugeführt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dad u rc h geken nzeic h net, dass die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel (4) mit der Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) oder mit einem daraus gebildeten Geschwindigkeitsprofil verglichen und auf Plausibilität geprüft wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dad u rch geken n zeichnet, dass die ermittelte Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel (4) zur Steuerung des Spulprozesses verwendet wird, wenn eine vorgegebene oder vorgebbare Anzahl von Plausibilitätsprüfungen innerhalb eines bestimmten oder bestimmbaren Zeitintervalls zu einem negativen Ergebnis geführt hat.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dad u rch geke n nzeich net, dass bei mehreren Maxima des in den Zeitbereich rücktransformierten Datenfeldes z(t) mittels der ermittelten Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Antriebswalze oder Nutentrommel (4) dasjenige Maximum bestimmt wird, aus dessen Lage die Geschwindigkeit (v) des laufenden Fadens (2) bestimmt wird.
25. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch geken nzeic h net, dass mit optischen Sensoren (6a, 6b) Licht erfasst wird, das von dem laufenden Faden (2) abgeschattet oder reflektiert wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dad u rc h geken nzeich net, dass von einer Lichtquelle (12) ein Laserstrahl (13) erzeugt wird, der mittels einer optischen Teil- und Lenk-Einrichtung (14) zur Teilung und Lenkung des Laserstrahls in mindestens zwei Teilstrahlen (15a, 15b) geteilt wird, die beide, vorzugsweise parallel zueinander, auf den laufenden Faden (2) gelenkt werden.
27. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Sensoreinrichtung (5) mit mindestens zwei in einem festen Abstand (d) in der Bewegungsrichtung eines laufenden Fadens (2) hintereinander angeordneten, berührungslos arbeitenden Sensoren (6a, 6b), eine Auswertungseinheit (7) zur Auswertung der von den Sensoren (6a, 6b) erfassbaren Signale (xn, yn), und eine Recheneinheit (10), die mindestens einen Fourier-Transformator zur Durchführung der Fourier- Transformationen sowie einen inversen Fourier-Transformator zur Durchführung der inversen Fourier-Transformation beinhaltet.
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