WO2010028642A1 - Verfahren zur berührungslosen kontrolle der dicke einer auf ein garn aufgebrachten präparationsschicht und schaltungsanordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur berührungslosen kontrolle der dicke einer auf ein garn aufgebrachten präparationsschicht und schaltungsanordnung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Wolfgang Schäfer
Frank Jenke
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    • G—PHYSICS
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • G01N33/365—Filiform textiles, e.g. yarns

Definitions

  • the invention relates to a method for non-contact control of the thickness of a spin finish applied to a yarn and a circuit arrangement for carrying out the method.
  • yarns are needed, which consist of filament yarns with infinitely long fibers that hold together undiluted. Depending on the application, these yarns consist of a different number of filaments, up to yarns of only one filament, the monofilaments.
  • preparation liquid chemical substances
  • Preparations consist of various chemical components, such as lubricants, emulsifiers, antistatic agents, etc. The application is carried out with the aid of preparation fingers or rollers. If the coating quality achieved is insufficient, disruptions of the further processing process, in particular due to thread breaks, for example because of insufficient sliding properties, are the result.
  • the state of the art is to perform a random check of the preparation order outside the technological process in the laboratory as part of quality assurance. Any defects usually affect the entire production batch. Intensity and uniformity of the preparation application are only inadequately determined, the result being only statements on the applied amount on the relevant thread section.
  • the disadvantage of conventional quality control is that it only takes place when the production process is complete and the product is no longer to be changed. In order to reduce the reject rate, an over-preparation could be made. But this is costly and uneconomical and does not avoid production process disturbances.
  • the method is only able to detect long-wave components from the charge progression of the yarn which permit only a low-frequency signal with a narrow-band spectrum.
  • the course of the preparation layer thickness along the thread can only be reflected with a low spatial resolution.
  • the object of the invention is to develop a method for the contactless control of the thickness of a preparation layer applied to a yarn and a circuit arrangement for carrying out the method, which both monitors and optionally controls the preparation application online and continuously in the production process of filament yarn spinning at each spinneret. as well as retrofitting existing textile machines allowed.
  • the advantage of the method according to the invention is that it allows a cost-effective continuous detection of the quality of the applied preparation during the production process and can be installed by its compactness even in difficult and tight machine positions.
  • Fig. 1 shows a circuit arrangement for carrying out the method
  • the electrostatic field effect emanating from the yarn is detected directly, without detours by field compensation, via the effect of influence caused by the field effect, as a shift of charges in an electrode subsequently generates an electrical voltage proportional to the charge in accordance with the influence effect.
  • This electrical voltage is evaluated according to their height and their course. The evaluation can be carried out in such a way that, when it exceeds or falls short of a stored Default value an error signal is generated, but it is also possible to use the voltage generated to control the preparation layer thickness.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement for evaluating the irregularly distributed charge accumulations, which are located on a material to be measured, for example a yarn or a thread. during the production process of yarn production or through friction points in the yarn production process.
  • An electrode arrangement 1 for example a latticed electrode arrangement according to FIG. 2 consisting of two intermeshing combs, is connected with its terminals to a charge amplifier, namely the first terminal 16 to a first charge amplifier 2 and the second terminal 17 to a second charge amplifier 3.
  • the outputs of the first charge amplifier 2 and of the second charge amplifier 3 are connected to the input of a differential amplifier 4.
  • the output of the differential amplifier 4 is connected via a converter 5 both to an AD converter 6 and to an analog signal tap 7.
  • the AD converter 6 is connected via a microcontroller 8 both to a serial interface 9 and to an operating and display unit 10.
  • the converter 5 can be, for example, an RMS converter, another averaging device, optionally with an adjustable averaging time, a peak rectifier with adjustable discharge time or a low-pass filter with adjustable cutoff frequency.
  • the converter 5 into the microcontroller 8 and replace it there by a digital filter, but in particular also by a non-linear calculation rule, such as, for example, the line integral known from mathematics.
  • a non-linear calculation rule such as, for example, the line integral known from mathematics.
  • the RMS converter From the AC voltage signal of the differential amplifier 4, the RMS converter generates a DC voltage signal whose residual ripple and thus the local resolution of the signal on the measurement item are determined inter alia by the averaging time of the RMS converter.
  • the construction of a control loop is possible, which online and autonomously change the order quantity of the preparation and thus contributes to quality assurance.
  • the analog Output signal of the converter 5 digitized by means of the AD converter 6 and supplied to the microcontroller 8.
  • the display of the measured value in the operating and display unit 10 and the output via the serial interface 9 are controlled by this microcontroller 8. This allows logging by reading directly or by a PC.
  • This digital data can also be used as the analog output signal of the converter 5 to build a control loop.
  • the microcontroller 8 also allows the parameterization of the system parameters, for example the averaging time, by the operator.
  • an electrode arrangement 1 comprising a combination of at least one signal electrode 11 interrupted in the yarn movement direction and at least one reference electrode 12 also interrupted in the yarn movement direction.
  • Both electrodes 11 and 12 have grid webs of different widths and spaces of different widths.
  • the signal electrode 11 for example, the different widths webs 14a and 14b and the reference electrode 12, the different widths interruptions 15a and 15b.
  • the longitudinal direction of both the signal electrode 11 and the reference electrode 12 is aligned parallel to the yarn 13.
  • the reference electrode 12 is disposed between the yarn 13 and the signal electrode 11 such that the lands 14a and 14b of the signal electrode 11 are associated with the interruption area 15a and 15b of the reference electrode 12.
  • the signal electrode 11 has at least two webs 14a and 14b and the reference electrode at least two interruptions 15a and 15b.
  • the yarn 13 is moved past the electrode assembly 1 and thus, due to the above-described shape and geometry of the grating, induces signals having a broadband spectrum according to the invention, which reflects the course of the preparation layer thickness along the yarn with high local resolution.
  • the reference electrode 12 When the reference electrode 12 is disposed between the yarn 13 and the signal electrode 11 and in such a manner that the lands 14a and 14b of the signal electrode 11 are associated with the junction area 15a and 15b of the reference electrode 12, the reference electrode 12 can serve also to the target a high SNR to shield interference fields with respect to the signal electrode 11.
  • the reference electrode 12 is connected via its terminal 16 not only to the input of the charge amplifier 2, but, as shown in Figure 2, additionally connected to ground potential.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die sowohl den Präparationsauftrag online und kontinuierlich im Produktionsprozess des Filamentgamspinnens an jeder Spinndüse überwacht und ggf. steuert, als auch ein Nachrüsten bestehender Textilmaschinen erlaubt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch deren Kompensation, über die von ihr verursachte Influenzwirkung erfasst wird, dass infolge der Influenzwirkung eine der Influenz proportionale elektrische Spannung erzeugt wird und dass diese elektrische Spannung nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Herstellung von Geweben, Gestricken, Gewirken, Stickereien oder dergleichen werden Garne benötigt, die aus Filamentgarnen mit unendlich langen Fasern bestehen, die unverdreht zusammenhalten. Diese Garne bestehen je nach Anwendung aus einer unterschiedlichen Zahl von Filamenten, bis hin zu Garnen aus nur einem Filament, den Monofilamenten. Um eine weitere Verarbeitung der Garne zu ermöglichen bzw. die Verarbeitbarkeit zu verbessern, werden diese unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinndüse mit flüssigen chemischen Substanzen, Präparation genannt, beschichtet. Präparationen bestehen aus verschiedenen chemischen Komponenten, wie Gleitmitteln, Emulgatoren, Antistatika usw. Der Auftrag erfolgt mit Hilfe von Präparationsfingern oder Walzen. Ist die erzielte Beschichtungsqualität nicht ausreichend, sind Störungen des weiteren Verarbeitungsprozesses, insbesondere durch Fadenbrüche, beispielsweise wegen ungenügender Gleiteigenschaften, die Folge.
Stand der Technik ist es, im Rahmen der Qualitätssicherung eine stichprobenartige Kontrolle des Präparationsauftrages außerhalb des technologischen Prozesses im Labor durchzuführen. Eventuelle Mängel betreffen meist die komplette Produktionscharge. Intensität und Gleichmäßigkeit des Präparationsauftrags werden dabei nur unzureichend ermittelt, im Ergebnis liegen lediglich Aussagen zur aufgetragenen Menge auf dem betreffenden Fadenabschnitt vor. Nachteilig ist bei der herkömmlichen Qualitätskontrolle, dass sie erst erfolgt, wenn der Produktionsprozess abgeschlossen ist und am Produkt nichts mehr zu verändern ist. Um die Ausschussquote zu verringern, könnte eine Überpräparierung vorgenommen werden. Doch diese ist kostenintensiv und unwirtschaftlich und vermeidet nicht sicher Produktionsprozessstörungen.
Bekannt ist, dass eine elektrostatische Feldwirkung, welche vom Faden ausgeht, durch die Präparation schichtdickenabhängig modifiziert ist. Es wäre möglich, die Feldwirkung mit einem marktüblichen Verfahren auf dem Umweg der Feldkompensation zu erfassen. (Vosteen, William E., A Review of current electrostatic Measurement Techniques and their Limitations, Vortrag auf der „ELECTRICAL OVERSTRESS EXPOSITION, 24.-26. April 1984, San Jose, Kalifornien) Die Information über die Feldstärke wird bei diesem Verfahren indirekt, über ein zur Kompensation dienendes Zusatzfeld, gewonnen. Die dafür angewandten Geräte haben große Abmessungen und sind aufwändig sowie kostenintensiv, so dass sie ebenfalls nur im Labor Anwendung gefunden haben. Das Verfahren ist außerdem nur in der Lage, aus dem Ladungsverlauf des Garnes langwellige Anteile zu erfassen, die nur ein niederfrequentes Signal, mit einem schmalbandigen Spektrum, zulassen. Dadurch kann auch der Verlauf der Präparations-Schichtdicke längs des Fadens nur mit geringer örtlicher Auflösung widergespiegelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die sowohl den Präparationsauftrag online und kontinuierlich im Produktionsprozess des Filamentgamspinnens an jeder Spinndüse überwacht und ggf. steuert, als auch ein Nachrüsten bestehender Textilmaschinen erlaubt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es eine kostengünstige kontinuierliche Erfassung der Güte der aufgebrachten Präparation während des Produktionsprozesses ermöglicht und durch seine Kompaktheit auch an schwierigen und engen Maschinenpositionen installiert werden kann.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt
Fig.: 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens und
Fig.: 2 eine Elektrodenanordnung der Schaltungsanordnung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht wird die vom Garn ausgehende elektrostatische Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch Feldkompensation, über die von der Feldwirkung verursachte Influenzwirkung, als Verschiebung von Ladungen in einer Elektrode, erfasst, und es wird nachfolgend entsprechend der Influenzwirkung eine zur Ladung proportionale elektrische Spannung erzeugt. Diese elektrische Spannung wird nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet. Die Auswertung kann derart erfolgen, dass bei Überschreitung oder Unterschreitung eines gespeicherten Vorgabewertes ein Fehlersignal erzeugt wird, es ist aber auch möglich, die erzeugte Spannung zur Regelung der Präparationsschichtdicke zu nutzen.
Zur Durchführung des Verfahrens zeigt Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der auf einem Messgut, beispielsweise einem Garn oder Faden, befindlichen, unregelmäßig verteilten, Ladungsansammlungen, welche z.B. beim Produktionsprozess der Garnherstellung oder durch Reibstellen im Gamherstellungsprozess entstanden sind. Eine Elektrodenanordnung 1 , beispielsweise eine aus zwei ineinander greifenden Kämmen bestehende gitterförmige Elektrodenanordnung gemäß Figur 2, ist mit ihren Anschlüssen jeweils mit einem Ladungsverstärker, nämlich der erste Anschluss 16 mit einem ersten Ladungsverstärker 2 und der zweite Anschluss 17 mit einem zweiten Ladungsverstärker 3 verbunden. Die Ausgänge des ersten Ladungsverstärkers 2 und des zweiten Ladungsverstärkers 3 sind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 4 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 4 ist über einen Wandler 5 sowohl mit einem AD-Umsetzer 6 als auch mit einem Analogsignalabgriff 7 verbunden. Der AD- Umsetzer 6 ist über einen Microcontroller 8 sowohl mit einer seriellen Schnittstelle 9 als auch mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 10 verbunden.
Der Wandler 5 kann beispielsweise ein RMS-Wandler, ein anderer Mittelwertbildner, ggf. mit einer verstellbaren Mittelungszeit, ein Spitzenwertgleichrichter mit einstellbarer Entladezeit oder ein Tiefpassfilter mit einstellbarer Eckfrequenz sein.
Es ist auch möglich, den Wandler 5 in den Microcontroller 8 zu verlagern und ihn dort durch ein digitales Filter, insbesondere aber auch durch eine nichtlineare Rechenvorschrift, wie beispielsweise das aus der Mathematik bekannte Linienintegral, zu ersetzen. Dies vereinfacht den analogen Schaltungsteil, setzt jedoch die Anforderungen für den AD-Umsetzer 6, den Microcontroller 8 und dessen Firmware herauf. Der RMS- Wandler erzeugt aus dem Wechselspannungssignal des Differenzverstärkers 4 ein Gleichspannungssignal, dessen Restwelligkeit und damit die örtliche Auflösung des Signals auf dem Messgut u.a. durch die Mittelungszeit des RMS-Wandlers bestimmt werden. An dieser Stelle der Signalkette ist es möglich, das analoge Ausgangssignal des RMS-Wandlers abzugreifen und einer externen Anzeige oder Steuerung zwecks Weiterverarbeitung in einer Maschinensteuerung zuzuführen. Somit ist der Aufbau eines Regelkreises möglich, der online und autonom die Auftragsmenge der Präparation verändern kann und somit zur Qualitätssicherung beiträgt. Gleichzeitig wird das analoge Ausgangssignal des Wandlers 5 mittels des AD-Umsetzers 6 digitalisiert und dem Microcontroller 8 zugeführt. Nach einer parametrierbaren digitalen Tiefpassfilterung bzw. Mittelwertbildung werden durch diesen Microcontroller 8 die Anzeige des Messwertes in der Bedien- und Anzeigeeinheit 10 und die Ausgabe über die serielle Schnittstelle 9 gesteuert. Dadurch wird eine Messwertprotokollierung durch direktes Ablesen oder durch einen PC ermöglicht. Diese digitalen Daten können auch wie das analoge Ausgangssignal des Wandlers 5 zum Aufbau eines Regelkreises genutzt werden. Der Microcontroller 8 ermöglicht auch die Parametrierung der Systemparameter, beispielsweise der Mittelungszeit, durch den Bediener.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße gitterförmige Elektrodenanordnung, im Ausführungsbeispiel eine Elektrodenanordnung 1 aus einer Kombination aus mindestens einer in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen Signalelektrode 11 und mindestens einer ebenfalls in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen, Bezugselektrode 12. Beide Elektroden 11 und 12 weisen unterschiedlich breite Gitterstege und unterschiedlich breite Zwischenräume auf. So weisen die Signalelektrode 11 beispielsweise die unterschiedlich breiten Stege 14a und 14b und die Bezugselektrode 12 die unterschiedlich breiten Unterbrechungen 15a und 15b auf. Die Längsrichtung sowohl der Signalelektrode 11 als auch die der Bezugselektrode 12 ist parallel zum Garn 13 ausgerichtet. Die Bezugselektrode 12 ist zwischen dem Garn 13 und der Signalelektrode 11 derart angeordnet, dass die Stege 14a und 14b der Signalelektrode 11 dem Unterbrechungsbereich 15a und 15b der Bezugselektrode 12 zugeordnet sind. Nach einer Ausbildung der Erfindung weisen die Signalelektrode 11 mindestens zwei Stege 14a und 14b und die Bezugselektrode mindestens zwei Unterbrechungen 15a und 15b auf.
Das Garn 13 wird an der Elektrodenanordnung 1 vorbeibewegt und influenziert so, infolge der vorstehend beschriebenen Gestalt und Geometrie des Gitters, Signale mit einem erfindungsgemäß breitbandigen Spektrum, welches den Verlauf der Präparationsschichtdicke längs des Garnes mit hoher örtlicher Auflösung widerspiegelt .
Sofern die Elektrodenanordnung 1 neben der vom Garn 13 ausgehenden Influenz auch elektrischen Störfeldem einer industriellen Umgebung (beispielsweise verursacht von Thyristor- Maschinensteuerungen) ausgesetzt ist, entstehen Signale mit Nutzanteil (vom Garn ausgehend) und Störanteil (vom Störfeld ausgehend), wobei letzterer bei der Kontrolle der Präparationsdicke Fehler verursacht. Die Bildung der Differenz der beiden Signale, welche einmal von Signalelektrode 11 und zum anderen von der Bezugselektrode 12 abgenommen wurden, im Differenzverstärker 4, bewirkt die Kompensation oder zumindest Abschwächung der infolge der fernen Störquelle untereinander ungefähr gleichartig ausfallenden Störsignalanteile. Dagegen werden die beiden wegen der Nähe zum Garn unterschiedlich ausfallenden Nutzsignalanteile gegenseitig nicht abgeschwächt. Dies dient der Verwirklichung eines hohen Signal-Stör-Abstandes (Signal to Noise Ratio = SNR).
Wenn die Bezugselektrode 12 zwischen dem Garn 13 und der Signalelektrode 11 und in der Weise angeordnet ist, dass die Stege 14a und 14b der Signalelektrode 11 dem Unterbrechungsbereich 15a und 15b der Bezugselektrode 12 zugeordnet sind, kann die Bezugselektrode 12 dazu dienen, ebenfalls mit dem Ziel eines hohen SNR, Störfelder gegenüber der Signalelektrode 11 abzuschirmen. Zu diesem Zweck ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Bezugselektrode 12 über ihren Anschluss 16 nicht nur mit dem Eingang des Ladungsverstärkers 2, sondern, wie in Figur 2 dargestellt, zusätzlich noch mit Massepotenzial verbunden.
Bezugszeichenliste
1 Elektrodenanordnung
2 erster Ladungsverstärker
3 zweiter Ladungsverstärker
4 Differenzverstärker
5 Wandler
6 AD-Umsetzer
7 Analogsignalabgriff
8 Microcontroller
9 serielle Schnittstelle
10 Bedien- und Anzeigeeinheit
11 Signalelektrode
12 Bezugselektrode
13 Garn
14a, 14b Stege
15a, 15b Unterbrechungen
16 erster Anschluss
17 zweiter Anschluss

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht, wobei die vom Garn ausgehende elektrostatische Feldwirkung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch deren Kompensation, über die von ihr verursachte Influenzwirkung erfasst wird, dass infolge der Influenzwirkung eine der Influenz proportionale elektrische Spannung erzeugt wird, dass diese elektrische Spannung nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung derart erfolgt, dass bei Überschreitung oder Unterschreitung eines gespeicherten Vorgabewertes ein Fehlersignal erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Spannung zur Regelung der Präparationsschichtdicke genutzt wird.
4. Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung der Influenz von Ladungen eines Garnes, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der vom Garn (13) ausgehenden Influenz parallel zum Garn eine Elektrodenanordnung (1) angeordnet ist, deren erster Anschluss (16) zur Auswertung des Ausgangssignals der Elektrodenanordnung (1) mit einem ersten Ladungsverstärker (2) und deren zweiter Anschluss (17) mit einem zweiten Ladungsverstärker (3) verbunden sind, denen ein Differenzverstärker (4) nachgeschaltet ist, dass der Ausgang des Differenzverstärkers (4) über einen Wandler (5) sowohl mit einem AD-Umsetzer (6) als auch mit einem Analogsignalabgriff (7) verbunden ist und dass der AD-Umsetzer (6) über einen Microcontroller (8) sowohl mit einer seriellen Schnittstelle (9) als auch mit einer Bedieneinheit (10) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (1) gitterförmig ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (1) aus einer Kombination aus mindestens einer in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen Signalelektrode (11) und mindestens einer ebenfalls in Gambewegungsrichtung unterbrochenen, Bezugselektrode (12) besteht, die Längsrichtung beider Elektroden (11 ; 12) parallel zum Garn (13) ausgerichtet ist und die Bezugselektrode (12) zwischen dem Garn (13) und der Signalelektrode (11) derart angeordnet ist, dass die Stege (14a; 14b) der Signalelektrode (11) dem Unterbrechungsbereich (15a; 15b) der Bezugselektrode (12) zugeordnet sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch unterschiedlich breite Stege (14a; 14b) und unterschiedlich breite Unterbrechungen (15a; 15b).
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (12) wenigstens zwei Unterbrechungen (15a; 15b) hat.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalelektrode (11) wenigstens zwei Stege (14a; 14b) hat.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (12) sowohl mit dem Ladungsverstärker (2) als auch mit Massepotenzial verbunden ist.
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