DE102013113195A1

DE102013113195A1 - Changiereinheit und Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit

Info

Publication number: DE102013113195A1
Application number: DE102013113195.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Rüter
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Changiereinheit zum Changieren von Fäden und insbesondere eine Steuerung für einen Schritt- oder Servomotor in einer solchen Changiereinheit, der einen Fadenführer über einen Riemenantrieb bewegt. Zur Verbesserung der Präzision der Motorsteuerung werden die Drehbewegungen einer Antriebswelle des Motors mittels eines Inkrementalgebers erfasst und an die Steuerung signalisiert. Die Steuerung ermittelt aus den Signalen die Position sowie die Bewegungen des Fadenführers und nutzt diese bei der Generierung der Steuerung des Motors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Changiereinheit und ein Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit eines Fadens zum Wickeln einer kreuzgewickelten Spule. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuerung für eine Fadenführung, bei der ein auf einem Zahnriemen angebrachter Fadenführer einen Faden exakt changiert.
Fäden oder Garne oder auch Fasern und Filamente werden nach dem Erzeugen und nach Bearbeitungsschritten auf Spulen gewickelt. Dabei wird in der Literatur auch unter dem Begriff Spulgut jedes faden- oder bandförmige Material verstanden, welches sich beispielsweise im Kreuzspulverfahren auf eine Spule oder einen Wickel aufspulen lässt. Nachfolgend wird hierfür der Begriff Faden verwendet.
Der Faden wird dabei mit seinem Anfang auf einem Spulenkern festgelegt, sodass der Faden bei Rotation des Spulenkerns auf diesen gezogen und damit der Faden auf dem Spulenkern aufgespult oder -gewickelt wird und so Fadenwicklungen entstehen. Wird der Faden bei einem solchen Aufspulvorgang nicht geführt, so liegen die Fadenwicklungen typischerweise nicht geordnet nebeneinander. Solche Spulen sind für die maschinelle Weiterverarbeitung nahezu unbrauchbar, da der Faden nicht gleichmäßig abgewickelt werden kann und entsprechend schnell reißt. Dementsprechend ist eine geordnete Wicklung notwendig, bei der die einzelnen Fadenwicklungen definiert nebeneinander liegen. In an sich bekannter Weise wird der aufzuspulende Faden dazu mittels einer Fadenführungseinrichtung so geführt, d.h. changiert, dass die Fadenwicklungen nebeneinander auf die Spule gezogen werden. Der Faden wird dabei gleichmäßig über die gesamte Breite der entstehenden Spule geführt, d.h. über den Changierhub, wobei die Fadenführungseinrichtung typischerweise parallel zur Spulenachse in einer transversalen Bewegung geführt wird.
Bei der Wicklung der Spule soll der Faden möglichst präzise geführt werden, sodass die einzelnen Wicklungen des Fadens möglichst präzise auf der Spule abgelegt werden und somit der Faden entsprechend präzise und gleichmäßig von der Spule abgespult werden kann. Dabei soll die Changiervorrichtung zum einen den Faden möglichst präzise führen, gleichzeitig soll die Fadenführung jedoch ausreichend schnell sein, sodass der Faden mit möglichst großer Geschwindigkeit auf der Spule abgelegt werden kann.
Die Changiervorrichtung kann dabei einen Fadenführungsschlitten, einen sogenannten Fadenführer, mit einer den Faden führenden Öse aufweisen, wobei der Fadenführer an einem Riemen, beispielsweise einem Zahnriemen festgelegt ist. Der Fadenführer kann in einer Führungsschiene geführt und von einem motorisch angetriebenen Rad, beispielsweise einem Zahnriemenrad, angetrieben werden. Damit bestimmt der Antriebsmotor über das Antriebsrad und den Riemen die Bewegung des Fadenführers. Entsprechend muss für eine möglichst präzise Positionierung des Fadenführers und eine entsprechend präzise Ablage des Fadens auf der Spule der Motor so angesteuert werden, dass der Fadenführer schnell und exakt positioniert wird.
Eine derartige Changiereinheit sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit sind beispielsweise aus der DE 103 22 533 A1 bekannt. Bei der bekannten Changiereinheit wird der motorisch angetriebene Fadenführer innerhalb eines Changierhubes hin- und hergeführt. Dabei wird der Motor in Abhängigkeit von einer Istposition einer Rotorwelle des Motors gesteuert, wobei der Rotorwelle eine zusätzliche Voreilung um einen Voreilungswinkel aufgeprägt ist. Derartige Steuerungen können jedoch insbesondere in den Umkehrbereichen des Fadenführers zu erheblichen Abweichungen der gewünschten Sollpositionen und Sollgeschwindigkeiten führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Changiereinheit und ein Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit zu schaffen, bei welcher bzw. welchem der Motor den Fadenführer insbesondere an den Enden des Changierhubes zur Ablage des Fadens an einer Spulenoberfläche mit hoher Präzision führt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die nachfolgend beschriebene Changiereinheit sowie das entsprechende Verfahren zur Steuerung der Changiereinheit.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen
1: ein Schema einer Changiereinheit zur Führung eines Fadens beim Aufwickeln;
2: eine schematische Darstellung der Signale des Inkrementalgebers;
3: eine schematische Anordnung der Changiereinheit;
4: ein Diagramm zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit;
5: Diagramme der auszuwertenden Signale und entsprechende Hilfsdiagramme;
6, 7: Diagramme der zeitlichen Abfolge von Abtastwerten und Positionen;
8: ein Flußdiagramm zur Ermittlung einer Winkel- bzw. Lageposition.
1 zeigt eine schematische Abbildung einer Changiereinheit 100, die an einem Montageblech 101 angeordnet ist, und bei der ein Faden 110 durch eine Öse eines Fadenführers 120 geführt ist. Der Fadenführer ist mit einem Riemen 130, hier einem Zahnriemen, gekoppelt, d.h. in der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Fadenführer 120 fest auf den Zahnriemen 130 aufgesteckt. Der Riemen 130 läuft über ein Antriebsrad 140, hier ein Zahnrad für den Zahnriemen, und über zwei Umlenkrollen 150-1 und 150-2. Zwischen den beiden Umlenkrollen ist der Riemen durch eine Führungsschiene 160 geführt. Der Fadenführer 120 ist dabei so an dem Riemen 130 angebracht, dass dieser in der Führungsschiene 160 zwischen den Umlenkrollen 150-1 und 150-2 läuft. Das Antriebsrad 140 ist mit einer Antriebswelle 171 eines elektrischen Motors 170 verbunden, der über das Antriebsrad 140 den Riemen 130 und damit den Fadenführer 120 bewegt, sodass dieser zwischen beiden Umlenkrollen 150-1 und 150-2 hin- und herbewegt wird. Dabei ist in der hier beschriebenen Ausführungsform die Antriebswelle 171 des Motors 170 gleichzeitig die Drehachse des Antriebsrads 140, sodass jede Drehbewegung des Motors 170 exakt auf das Antriebsrad 140 übertragen wird. Alternativ zu dieser direkten Kopplung zwischen Antriebsrad und Motor können der Motor und das Antriebsrad beispielsweise auch über ein Getriebe oder ähnliches zur Übertragung der Drehbewegung miteinander verbunden sein.
Der Motor 170 kann dabei ein Schritt- oder Servomotor sein, der mit einer entsprechenden Leistungs- und Steuerungselektronik verbunden ist.
Eine Drehbewegung des Motors 170 führt damit zu einer Drehbewegung des Antriebsrades 140, welches wiederum den Riemen 130 bewegt, sodass der Riemen 130 und damit der mit dem Riemen 130 gekoppelte Fadenführer 120 zwischen den beiden Umlenkrollen 150-1 und 150-2 eine translatorische Bewegung ausführt. Die Strecke dieser Bewegung zwischen den beiden Umkehrpunkten der Bewegung ist damit der Changierhub.
Die Bewegung des Fadenführers 120 ist insbesondere an den Umkehrpunkten von Bedeutung. Dabei ist der Umkehrpunkt der translatorischen Bewegung des Fadenführers 120 exakt einzuhalten, sodass der Faden auf der Spule ebenso exakt seine Ablagerichtung umkehrt und Abschläger vermieden werden. Ein sogenannter Abschläger ist dabei eine Fadenwicklung, die neben die bisherigen Spulenwicklungen direkt auf die Spulenachse fällt. Solche Abschläger bewirken, dass der Faden beim Abspulen bei Erreichen des Abschlägers reißen würde. Spulen mit derartigen Abschlägern sind für viele maschinelle Anwendungen unbrauchbar.
Zur exakten Positionierung und Bewegung des Fadenführers 120 weist die Changiereinheit 100 einen Dreh- oder Inkrementalgeber 180 auf, der die Rotation der Antriebswelle 171 ermittelt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Inkrementalgeber 180 direkt auf die Antriebswelle 171 des Motors 170 aufgesetzt und ermittelt damit direkt die Rotation der Antriebswelle 171. Alternativ kann der Inkrementalgeber beispielsweise über ein Getriebe oder eine ähnliche mechanische Verbindung mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt sein, um die Rotation der Antriebswelle zu ermitteln.
Im Betrieb gibt der Inkrementalgeber 180 ein Signal aus, welches eine Rotation der Antriebswelle 171 des Motors 170 wiedergibt. Das Signal selbst kann dabei beliebig sein, d.h. es kann ein Lichtsignal oder ein elektrisches Signal sein. In der hier beschriebenen Ausführungsform gibt der Inkrementalgeber 180 ein elektrisches Signal aus. In einer Ausführungsform kann dies ein an sich bekannter Inkrementalgeber vom Typ US-Digital E6-2000 sein. Dieser liefert pro Umdrehung der Antriebswelle und bei Auswertung aller Signalflanken 8000 Winkelinformationen, wobei bei diesem Inkrementalgeber die Information über zwei Auswertespuren ausgegeben werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung 200 der elektrischen Signale der Spuren A und B, siehe 210 bzw. 220, wie diese bei Rotation der Antriebswelle 171 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Inkrementalgeber 180 ausgegeben werden. Die in 210 und 220 schematisch dargestellten Signalverläufe zeigen, dass bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 171 zeitlich äquidistante Impulse ausgegeben werden, wobei die Impulse A und B um eine Viertelperiodendauer versetzt sind. Betrachtet man die Flanken der Signalspuren A und B, so ergibt sich eine Information wie in 230 dargestellt, wobei jede Flanke eine Information über eine Änderung der Lage der Antriebswelle ist, eine sog. Lage-Iständerung.
Aus diesen von dem Inkrementalgeber gelieferten Signalen lassen sich sowohl die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 171, die Rotationsrichtung und auch die relative Position des Fadenführers 120 ermitteln. Ordnet man beispielsweise einer ersten Lage der Antriebswelle die Inkrementposition 5 zu, so ist zu erkennen, dass mit jeder Flanke eines Signals die Antriebswelle in das nächste Winkelinkrement gedreht hat, siehe 240.
Die Drehzahl, also die Winkelgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit, der Antriebswelle kann in bekannter Weise aus der zeitlichen Änderung des Winkels φ ermittelt werden, wobei φ über die Anzahl der zurückgelegten Winkelinkremente ermittelbar ist: φ = Winkelinkremente·^2π/_{Inkrementzahl}
Damit ergibt sich die Rotationsgeschwindigkeit ω als zeitliche Ableitung des Winkels φ ω = dφ/dt
Werden nun während eines festen Abtastzeitintervalls T_Abtast die eingehenden Winkelinkrementinformationen aufaddiert zu ΔWinkelinkremente, so ergibt sich für die Rotationsgeschwindigkeit ω
Alternativ kann die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle mittels der Zeit T_Ereignis zwischen dem Auftreten zweier festgelegter Ereignisse, also einer Anzahl von überstrichenen Winkelinkrementen, ermittelt werden. Dementsprechend ergibt sich dann die Rotationsgeschwindigkeit zu
Hierzu ist anzumerken, dass beide der oben beschriebenen Bestimmungsmethoden verwendet werden können.
Die Rotationsrichtung der Antriebswelle kann in an sich bekannter Weise aus der zeitlichen Abfolge der Signale der Spuren A und B ermittelt werden. Sind die Pegel der beiden Spuren A und B, siehe in 2 Signal 210 bzw. 220, des Signalgebers beispielsweise auf logisch Null, so kann die Drehrichtung darüber ermittelt werden, ob als nächstes Signal eine logische Eins zuerst bei Spur A oder bei Spur B gemeldet wird. Durch Auswertung der jeweiligen Zustände der Signale der Spuren A und B kann somit jeweils die Drehrichtung eindeutig ermittelt werden.
Die Bestimmung der absoluten Position der Antriebswelle kann zum einen über eine sogenannte Einrichtfahrt stattfinden, bei der der Fadenführer eine bestimmte Position anfährt und diese als Referenzposition für die nachfolgenden relativen Positionsbestimmungen dient. Eine solche Referenzposition kann in einer Ausführungsform ein Umkehrpunkt des Fadenführers sein. In einer alternativen Ausführungsform kann der Inkrementalgeber bei einer bestimmten Position ein Referenzsignal liefern, sodass über dieses eine Referenzposition festgelegt werden kann. Sobald die absolute Position des Fadenführers ermittelt ist, kann über die oben angegebenen Methoden die Position in Relation zur Referenzposition ermittelt werden.
Der maximale Winkelfehler einer damit ermittelten Position, die auf ein Winkelinkrement bestimmt werden kann, ist damit die Winkelbreite eines Winkelinkrements φ = ^2π/_{Inkrementzahl}·
Dieser Winkelfehler ist damit umgekehrt proportional zur Anzahl der von dem Inkrementalgeber pro Achsumdrehung ausgegebenen Inkremente. Über die Geometrie der mechanischen Kopplung zu dem Fadenführer, d.h. in der hier beschriebenen Ausführungsform über den Radius des Antriebsrades, bestimmt dieser Winkelfehler damit direkt den Positionsfehler des Fadenführers.
Dieser Fehler ist jedoch in der Praxis nicht erreichbar, sondern ist tatsächlich größer, da zu diesem prinzipbedingten Fehler weitere Fehler hinzukommen. Dies können unter anderem mechanische Ungenauigkeiten des Inkrementalgebers sein, beispielsweise mechanische Ungenauigkeiten, oder Signallaufzeiten, die der zeitnahen Verarbeitung entgegenstehen. Diese Ungenauigkeiten können dazu führen, dass sich bei der Bestimmung der Ereigniszeit T_Ereignis eine Schwankung um den theoretischen Wert einstellt. Weiterhin ergibt sich in der Praxis ein weiteres Problem, falls die Abtastzeit für die von dem Inkrementalgeber bereit gestellten Signale größer als die Taktzeit ist, mit der die Inkrementsignale tatsächlich bereitgestellt werden. Findet beispielsweise das Abtasten der Inkrementalwerte mit einer Abtastrate von 20kHz statt, so dass sich ein Abtastintervall von T_Abtast = 50μs ergibt, während der Motor mit einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit, oder Drehzahl, von 17 Hz dreht und der Inkrementalgeber pro Umdrehung die oben erwähnten 8000 Inkrementinformationen bereitstellt, so ergibt sich eine Ereigniszeit zwischen zwei Inkrementen von T_Ereignis = 1/(8000·17Hz) = 7,35μs.
Demzufolge liegen mehrere Inkrementinformationen (Signalflanken) innerhalb eines Abtastintervalls. Diese werden zwar von der QEP-Auswerteeinheit eingelesen, jedoch hält die QEP-Auswerteeinheit nur die jeweils letzte Ereigniszeit in ihrem Speicher, sodass eine von der QEP-Auswerteeinheit neu ermittelte Ereigniszeit die jeweils zuletzt ermittelte und gespeicherte Ereigniszeit überschreibt. Ist da Abtastintervall größer als die Ereigniszeit, so liest die Steuerung nur die zuletzt von der QEP-Auswerteeinheit gespeicherte Ereigniszeit aus. Bei einer hohen Drehzahl des Motors werden damit nicht alle Ereigniszeiten von der Steuerung aus der QEP-Auswerteeinheit ausgelesen. Wählt man hingegen die Anzahl der auszuwertenden Inkremente größer, so dass das Zeitintervall zwischen zwei Inkrementsignalen bei gleicher Drehgeschwindigkeit größer wird, dann wird der erreichbare Winkel- bzw. Positionsfehler größer. Eine solche Auswertung über mehrere Winkelinkremente ist jedoch nachteilig im Reversiervorgang, da hier die Rotationsgeschwindigkeit gering ist, sodass eine höhere Auflösung möglich ist. Die höhere Auflösung ist beim Reversiervorgang gewünscht, da hier eine exaktere Steuerung erforderlich ist.
3 zeigt ein Schema 300 einer Anordnung zur Lösung dieses Problems. Dabei ist der Motor 170 mit dem Inkrementalgeber 180 verbunden, welcher die Inkrementsignale in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors erzeugt. Die von dem Inkrementalgeber ausgegebenen Signale werden in einer Signalaufbereitung 310 aufbereitet und anschließend einer ersten sogenannte QEP-Auswerteeinheit 320-1 (QEP=Quadratur Encoder Pulse) QEP1 und einer zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 QEP2 zugeleitet. Die QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 verarbeiten die von dem Inkrementalgeber 180 zugeleiteten Signale und leiten die Verarbeitungssignale an eine Steuerung 330 weiter. Die QEP-Auswerteeinheiten können dabei als separate Funktionsblöcke implementiert oder integraler Bestandteil der Steuerung 330 sein. Sofern notwendig kann das von dem Inkrementalgeber 180 erzeugte Signal, bzw. das daraus gewandelte elektrische Signal dupliziert werden, bevor es den QEP-Auswerteeinheiten zugeleitet wird.
Die QEP-Auswerteeinheiten können dabei so eingerichtet werden, dass diese die Zeit T_Ereignis zwischen zwei oder einer beliebigen Anzahl von Inkrementen als Signal ausgeben und/oder die aktuelle Winkelposition ausgeben, beispielsweise als Winkelinkrement, und/oder die Drehrichtung ausgeben. Dazu wird eine QEP-Auswerteeinheit typischerweise einmal programmiert und stellt dann die Signale entsprechend der Programmierung bereit, die während des Betriebs dann von der Steuerung auszulesen, d.h. abzutasten, sind.
Die von den QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 bereitgestellten Signale werden dann von einer Steuerung 330, die typischerweise ein Digitalrechnersystem ist, ausgelesen und – wie nachfolgend beschrieben – weiter verarbeitet. Dabei werden die von dem Inkrementalgeber 180 erzeugten Signale jeweils an die QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 übertragen.
Die Steuerung 330 ist mit dem Motor 170 über die Leitung 340 elektrisch verbunden und steuert diesen. Zum einen steuert damit die Steuerung 330 den Motor 170, zum anderen erhält die Steuerung 330 über den Inkrementalgeber 180, die Signalaufbereitung 310 und die beiden QEP-Auswerteeinheiten 320-1, 320-2 Informationen über den angesteuerten Motor 170. Die Steuerung selbst kann dabei als digitale Schaltung ausgebildet sein, also eine sogenannte CPU (Central Processing Unit) und entsprechende periphere Beschaltungselemente, wie beispielsweise D/A- und/oder A/D für die Signalwandlung, sowie Leistungshalbleiter zur Erzeugung der Steuersignale für den Motor aufweisen.
Die erste QEP-Auswerteeinheit, also 320-1, ist dabei so eingerichtet, dass diese den zeitlichen Abstand zwischen einem Nullten und einem N-ten Inkrement ermittelt und an die Steuerung 330 signalisiert, wobei N größer gleich 2 ist, sodass die QEP-Auswerteeinheit die Zeitdauer für das Überstreichen von einer Anzahl N Inkrementen ermittelt, mit N ≥ 2. Damit signalisiert die erste QEP-Auswerteeinheit nicht den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden, also benachbarten, Inkrementen, sondern den Abstand zwischen N ≥ 2 nacheinander folgenden Inkrementen.
Die zweite QEP-Auswerteeinheit, also 320-2, kann so eingerichtet sein, dass diese der Steuerung 330 den zeitlichen Abstand zwischen jeweils zwei direkt aufeinander folgenden Inkrementen signalisiert, also den zeitlichen Abstand zwischen zwei Signalflanken der Spuren A und B signalisiert. Die zweite QEP-Auswerteeinheit überträgt somit die ermittelten Informationen in kürzeren zeitlichen Abständen an die Steuerung als die erste QEP-Auswerteeinheit.
Alternativ dazu können die QEP-Auswerteeinheiten jeweils die zeitlichen Abstände zweier unterschiedlicher Anzahlen von Inkrementen signalisieren, wobei die Anzahlen N jeweils größer als 2 sein können.
Alternativ zu dieser Realisierung mit zwei separaten QEP-Auswerteeinheiten kann die Funktionalität beider QEP-Auswerteeinheiten in einer einzigen Einheit realisiert sein, welche dann die entsprechenden Signale erzeugt und an die Steuerung überträgt.
Während des Betriebs der Changiereinheit ermittelt die Steuerung 330 die Drehzahl bzw. die Rotationsgeschwindigkeit ω gemäß einer der oben beschriebenen Gleichungen. Weiterhin ermittelt die Steuerung 330 die Position des Fadenführers 120 wie oben beschrieben aus der Anzahl der überstrichenen Inkremente mit Bezug auf eine Referenzposition. Dabei werden für die Berechnung dieser Werte die Informationen der ersten QEP-Auswerteeinheit zugrunde gelegt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Motors einen Schwellwert überschreitet. Mit anderen Worten verarbeitet die Steuerung die Signale der ersten QEP-Auswerteeinheit 320-1 nur dann, wenn die von der ersten QEP-Auswerteeinheit übertragenen Zeitabstände einen ersten vorbestimmten Schwellwert unterschreiten, der Fadenführer also schnell bewegt wird. Damit kann zum einen sichergestellt werden, dass für die Verarbeitung dieser Werte ausreichend Zeit verbleibt, bevor der nächste Wert zur Verarbeitung ansteht. Zum anderen ist der relative Fehler für Zeitabstände, die über mehrere Winkelinkremente ermittelt werden, kleiner als für Zeitabstände, die über ein einzelnes bzw. wenige Winkelinkremente ermittelt werden. Die von der zweiten QEP-Auswerteeinheit bereitgestellten Signale werden während der Zeit, in der die Signale der ersten QEP-Auswerteeinheit verarbeitet werden, ignoriert.
Obwohl moderne Schritt- oder Servomotoren sehr schnell auf Steuersignale reagieren, benötigt der Motor für einen Richtungswechsel, ein sog. Reversiervorgang, am Ende der Changierbewegung, wenn also der Fadenführer ein Ende seiner Laufstrecke erreicht, die Bewegungsrichtung wechselt und anschließend in die entgegengesetzte Richtung läuft, eine endliche Zeit.
Dementsprechend steuert die Steuerung 330 den Motor 170 am Ende der Changierbewegung so, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 170 bis zur Drehrichtungsumkehr verringert wird. Der Fadenführer 120 wird dementsprechend am Ende des Changierhubs abgebremst und anschließend in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Dementsprechend werden während des Verringerns der Motordrehbewegung die zeitlichen Abstände zwischen den Datenlieferungen der QEP-Auswerteeinheiten größer. Die Steuerung prüft die von der QEP-Auswerteeinheit ausgelesenen/abgetasteten Signale, d.h. die Ereigniszeiten, ob diese einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten. Gegebenenfalls, d.h. wenn die Ereigniszeit einen Schwellwert überschreitet, so liest die Steuerung fortan die höher aufgelösten Signale der QEP-Auswerteeinheit 320-2 aus und verarbeitet diese. Zwar weisen diese einen größeren relativen Fehler auf, jedoch ist die Aktualisierungsrate größer, da die zweite QEP-Auswerteeinheit höher aufgelöste Signale bereitstellt. Mit weiter abnehmender Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle werden die Werte der Ereigniszeiten größer und der relative Fehler nimmt damit ab.
Nachdem die Drehrichtung der Antriebswelle 171 umgekehrt wurde, also auch der Fadenführer 120 in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, steuert die Steuerung den Motor 170 so an, dass dieser seine Drehbewegung möglichst schnell wieder bis zu einem Maximalwert beschleunigt. Entsprechend werden die von den QEP-Auswerteeinheiten signalisierten Zeitabstände sowie die zeitlichen Abstände der Signalisierung selbst kleiner. Dabei ignoriert die Steuerung die Signalwerte der ersten QEP-Auswerteeinheit 320-1, sondern verarbeitet die von der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 gelieferten Werte, solange die von der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 gelieferten Signale einen zweiten vorbestimmten Schwellwert nicht überschreiten. Sobald die Steuerung diese Überschreitung feststellt, ignoriert die Steuerung die Werte der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 und verarbeitet die von der ersten QEP-Auswerteeinheit 302-1 bereitgestellten Signale.
Auf diese Weise verarbeitet die Steuerung der Changiereinheit nur die Signale der ersten QEP-Auswerteeinheit 302-1 dann, wenn der Motor 170 schnell dreht. Erkennt die Steuerung 330 jedoch, dass der Motor 170 mit niedriger Rotationsgeschwindigkeit dreht, die zeitlichen Abstände zwischen Inkrementen also groß sind, so verarbeitet die Steuerung 330 die Signale der zweiten QEP-Auswerteeinheit 302-1, welche die Rotationsinkremente in kleineren Zeitabständen bereitstellt.
Der erste vorbestimmte Schwellwert kann dabei gleich dem zweiten vorbestimmten Schwellwert sein. Alternativ dazu können die beiden Schwellwerte ungleich groß sein. Insbesondere kann der erste vorbestimmte Schwellwert kleiner als der zweite vorbestimmte Schwellwert sein, sodass eine Hysteresekurve durchlaufen wird.
Die Auswertung der von der zweiten QEP-Auswerteeinheit 320-2 bereitgestellten Signale, also der zeitlich feiner abgestuften Signale, bewirkt, dass rund um den Reversierpunkt, wenn also der Motor die Drehrichtung wechselt, feiner abgestufte Signale mit höherer Aktualisierungsrate zur Auswertung durch die Steuerung bereitgestellt werden. Demgegenüber werden bei hoher Drehgeschwindigkeit des Motors grober aufgelöste Signale verarbeitet, sodass damit sichergestellt ist, dass für die Verarbeitung aller zur Verarbeitung vorgesehenen Signale auch ausreichend Zeit bzw. Rechenleistung zur Verfügung steht und Signale mit kleinem relativen Fehler verarbeitet werden.
Die auf diese Weise erreichbare Genauigkeit der Ansteuerung des Motors 170, die von der Steuerung 330 basierend auf der Auswertung der von den QEP-Auswerteeinheiten 320-1 und 320-2 bereit gestellten Informationen, können durch Berücksichtigung von Beschleunigungen noch weiter verbessert werden, denn die oben beschriebenen Verfahrensschritte berücksichtigen die gelieferten Signale immer erst dann, nachdem diese eine Zeitverzögerung durch die Verarbeitungskette erfahren haben. Eine weitere Fehlerquelle beispielsweise bei der Ermittlung der Rotations- oder Drehgeschwindigkeit ergibt sich daraus, dass diese als Differenzquotient, nicht aber als zeitliche Ableitung, also als Differentialquotient, ermittelt wird, sodass die Drehgeschwindigkeit ω ermittelt wird als ω = dφ/dt ≈ Δφ/Δt.
Diese Näherung gilt jedoch nur für eine konstante Drehgeschwindigkeit, nicht jedoch für beschleunigte Vorgänge, d.h. wenn die Rotationsgeschwindigkeit beschleunigt oder verringert wird, also insbesondere im Bereich der Reversiervorgänge (Drehrichtungswechsel). Insbesondere für stark beschleunigte Vorgänge, wie beispielsweise bei einem Reversiervorgang, ergibt sich jedoch ein signifikanter Unterschied zwischen Differenz- und Differentialquotient.
Für eine positiv beschleunigte Rotation nimmt zum einen die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Inkrementsignalen ab, während sich während dieser Zeit die Rotationsgeschwindigkeit weiter erhöht. Dies hat zur Folge, dass zum Zeitpunkt der Auswertung die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit größer als die rechnerisch ermittelte Rotationsgeschwindigkeit ist. Dieser systematische Fehler bei der Ermittlung der Rotationsgeschwindigkeit ist insbesondere von Bedeutung im Bereich von Reversiervorgängen, da hier die Beschleunigungswerte groß sind, gleichzeitig die Steuerung des Umkehrpunktes des Fadenführers für ein exaktes Einhalten der Fadenablage auf der Spule von Bedeutung ist.
Nimmt man eine lineare Beschleunigung α der Drehung des Motors an, also eine Winkelbeschleunigung, so ergibt sich für die Rotations- oder Winkelgeschwindigkeit ω = α·t.
Damit kann der Winkel φ zum Zeitpunkt t_x bestimmt werden zu
Der Winkelweg Δφ mit der zugehörigen Zeit Δt kann bestimmt werden zu
Die Winkelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t_x – Δt sei ω_x-1 und zum Zeitpunkt t_x sei diese ω_x, so dass für den Winkelweg folgt
Die über den Differenzquotienten und wie oben beschrieben anhand der Messwerte ermittelte Winkelgeschwindigkeit ω_Mess ist
Damit beträgt der Messfehler Δω_Fehler bezogen auf die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit ω_x und unter Anwendung der Beziehung ω_x-1 + α·Δt = ω_x ⇔ ω_x-1 = ω_x – α·Δt:
Daraus folgt, dass die über den Differenzquotienten bestimmte Winkelgeschwindigkeit bei Beschleunigung der Winkelgeschwindigkeit um den Summanden –α·Δt/2 geringer ist als die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Messung. Wie oben bereits erwähnt, ist der Fehler von der Winkelbeschleunigung α ebenso wie von der Zeit Δt abhängig. Dabei ist zu beachten, dass Δt hier die Messintervallzeit ist, also der von den QEP-Auswerteeinheiten ausgegebenen Zeitabstand. Um die gemessene Winkelgeschwindigkeit zu korrigieren muß dieser Summand nun für positiv beschleunigte Winkelgeschwindigkeiten wegen des Vorzeichens abgezogen, dem Betrag nach also der gemessenen Winkelgeschwindigkeit ω_Mess hinzuaddiert werden, sodass die korrigierte Winkelgeschwindigkeit bei linearer Beschleunigung bestimmt werden kann zu ω_{Mess-korrigiert} = ω_Mess + α·Δt / 2, wobei die Winkelbeschleunigung α für positive Beschleunigung Werte größer Null und für eine negative Beschleunigung Werte kleiner Null annehmen kann.
Weiterhin sollte zur Regelung der Winkelgeschwindigkeit zu jedem Abtastzeitpunkt der Steuerung die aktuelle Information vorliegen. Jedoch ergibt es sich aufgrund der geringen Winkelgeschwindigkeiten in der Nähe von Reversiervorgängen, dass gerade dort pro Zeiteinheit nur wenige Winkelinformationen vorliegen, da typischerweise die Winkelinformationen von den QEP-Auswerteeinheiten nicht synchron zum Abtastzeitpunkt der Steuerung bereitgestellt werden. Dies kann im Bereich eines Reversiervorgangs, d.h. wenn die Winkelgeschwindigkeit gering ist und demzufolge die Zeitabstände zwischen zwei Inkrementen groß ist, dazu führen, dass die Steuerung beim Abtasten oder Auslesen der Signale der QEP-Auswerteeinheiten gar keinen oder, falls die Werte der QEP-Auswerteeinheiten von einem Halteglied gehalten werden, keinen seit dem letzten Abtasten/Auslesen aktualisierten Wert erhält, obwohl sich die tatsächliche Position und Winkelgeschwindigkeit seit dem letzten Abtasten/Auslesen geändert haben. Dies kann dazu führen, dass die Steuerung fälschlicherweise mehrfach denselben, veralteten Wert ausliest und verarbeitet. Da der Fadenführer im Bereich des Reversiervorgangs immer beschleunigt wird, können die von den QEP-Auswerteeinheiten bereitgestellten Zeitabstandswerte nicht konstant sein.
Die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit kann dadurch verbessert und korrigiert werden, dass zur Ermittlung nicht nur der für das Überschreiten der Winkelinkremente gemeldete Zeitabstand herangezogen wird, sondern zusätzlich auch die seit dem Eingang der letzten Lageänderungsinformation verstrichene Zeit Δt_x berücksichtigt wird, sodass zum Zeitpunkt t_x die korrigierte Winkelgeschwindigkeit ω_x ausgehend von der zuletzt ermittelten, oben beschriebenen, und als korrekt angenommenen Winkelgeschwindigkeit ω_{Mess-korrigiert} und unter Einbeziehung der vorher ermittelten Winkelbeschleunigung α ermittelt wird zu
Durch die Addition des letzten Terms α·Δt_x können somit Zwischenwerte von Winkelgeschwindigkeiten, also Winkelgeschwindigkeitszwischenwerte, für Zeitpunkte ermittelt werden, die zwischen den Abtastzeitpunkten liegen, d.h. für die keine Lageänderungsinformation vorliegt. Ausgehend von dem zuletzt gemessenen oder zuletzt rechnerisch ermittelten Winkelgeschwindigkeitswert und unter Einbeziehung der Abtastzeit T_{Abtast x+1} und der Winkelbeschleunigung α kann für einen Zeitpunkt t_x+1 ein Winkelgeschwindigkeitszwischenwert ω_x+1 = ω_x + α·T_{Abtast x+1} ermittelt werden.
Um zu verhindern, dass die von der Steuerung berechneten Werte zu stark von den tatsächlichen Messwerten abweichen, kann in einer Ausführungsform für die Berechnung korrigierter Werte nur der jeweils zuletzt signalisierte Messwert verwendet werden.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit ω_x mit Winkelgeschwindigkeitszwischenwerten noch anhand des in 4 gezeigten Flussdiagramms beschrieben, wobei die Verfahrensschritte in der Steuerung durchgeführt werden. Das Verfahren 400 beginnt im Schritt 401 mit der Abfrage, ob an der gerade abzufragenden QEP-Auswerteeinheit eine neue Lageänderungsinformation vorliegt, d.h. ob ein neuer Zeitabstandswert für die Steuerung bereitgestellt wurde. Für große Winkelgeschwindigkeiten sind dabei die Signale der QEP-Auswerteeinheit 320-1 und für kleine Winkelgeschwindigkeiten die Signale der QEP-Auswerteeinheit 320-2 auszuwerten.
Falls in 402 ein aktualisierter Zeitabstandswert bereit gestellt ist, also die Abfrage in Block 402 mit ja zu beantworten ist, wird in Block 403 die Ereigniszeit T_{Ereignis x} ermittelt. Anschließend wird in Block 404 die Winkelgeschwindigkeit ω_Mess als Differenzquotient aus dem bekannten Winkel und dem Zeitwert bestimmt. Weiterhin wird in Block 405 die Drehrichtung des Motors ausgelesen, und es wird in Block 406 die Winkelbeschleunigung α ermittelt, wie oben beschrieben. Wird in der Abfrage 407 eine Winkelbeschleunigung von Null ermittelt, also keine Winkelbeschleunigung und dementsprechend α = 0, so wird die gemessene Winkelgeschwindigkeit ω_Mess als Winkelgeschwindigkeit verwendet, sodass in Block 415 ω_x = ω_Mess zugeordnet wird.
Wird jedoch in Block 407 ermittelt, dass die Winkelbeschleunigung einen Wert ungleich Null aufweist, also α ≠ 0, so wird im nächsten Verfahrensschritt 408 die Zeit Δt_x ermittelt. Dabei ist Δt_x die Zeitspanne, die seit dem Bereitstellen des vorherigen Zeitmesswerts verstrichen ist.
Anschließend wird in Schritt 409 der Winkelgeschwindigkeitszwischenwert ω_x ermittelt als ω_x = ω_Mess +(α·T_{Ereignis x})/2 + α·Δt_x.
Falls die Steuerung in Block 402 feststellt, dass keine neue Lageänderungsinformation bereitgestellt wurde, so wird in Block 410 die Winkelbeschleunigung α ermittelt. Falls diese einen Wert ungleich Null hat, Block 411, so wird der zuvor bestimmte, d.h. der Altwert, Winkelgeschwindigkeitswert ω_x-1 aufgerufen, Block 412, der in der Steuerung gespeichert ist. Ausgehend von diesem Altwert wird in Block 413 die Winkelgeschwindigkeit bestimmt zu ω_x = ω_x-1 + α·T_Abtast.
Falls in Block 411 eine Winkelbeschleunigung α gleich Null ermittelt wird, so wird der zuvor bestimmte Wert ω_x-1 der Winkelgeschwindigkeit als aktueller Wert ω_x verwendet, also in Block 414 ω_x = ω_x-1 zugeordnet.
Weiterhin kann die Genauigkeit der Steuerung in einer weiteren Ausführungsform oder gleichzeitig in der oben beschriebenen Ausführungsform durch rechnerische Korrektur der ermittelten Lageposition verbessert werden. Dabei ist die Lageposition die Winkelposition der Antriebswelle 171 des Motors 170. Da die Antriebswelle 171 des Motors 170 über das Antriebsrad 140 sowie den Zahnriemen 130 mit dem Fadenführer 120 gekoppelt ist, bestimmt die Winkelposition der Antriebswelle 171 die Lageposition des Fadenführers 120.
Zur Verbesserung der Genauigkeit soll zu jeder Winkelposition eine genauere Ist-Position der Antriebswelle ermittelt werden, da die Winkelposition der Antriebswelle in der Steuerung für die Ermittlung der Motoransteuersignale ausgewertet wird. Dabei ist zu beachten, dass die exakte Winkelposition nicht notwendigerweise für jeden beliebigen Zeitpunkt, sondern nur zum Zeitpunkt der Abtastung der Signale der QEP-Auswerteeinheiten verfügbar sein muss, da nur zu diesen Zeitpunkten eine Auswertung in der Steuerung durchgeführt wird.
Zur eindeutigen Zuordnung eines Winkel-Istwertes wird dem vom Inkrementalgeber 180 ermittelten Inkrementwert ein halber Inkrementwert in Abhängigkeit der Drehrichtung hinzuaddiert oder von diesem subtrahiert. Dies ist in 5 veranschaulicht. Dabei zeigen, siehe auch 1, Grafik 501 die Signale der Spur A und 502 die Signale der Spur B des Inkrementalgebers, 503 zeigt entsprechend die aus den Signalflanken resultierende Winkel- oder Lageänderungsinformation über der Zeit t. Die Graphik 504 zeigt, ebenso wie bereits in 1 dargestellt, die diskrete Zuordnung zu Winkelinkrementen. Wie in 505 veranschaulicht springt der Winkel- oder Lage-Istwert nicht in diskreten Stufen, sondern ist zeitkontinuierlich, wie durch die Linie 504a angedeutet.
Um Fehler beim Reversiervorgang zu vermeiden, wird einem ermittelten Winkelinkrement in Abhängigkeit der Drehrichtung ein halbes Winkelinkrement hinzuaddiert oder subtrahiert. Die Richtungsinformation des Inkrementalgebers kann in einem Ausführungsbeispiel als variable Drehrichtung, angegeben werden, die den Wert 0 und 1 annehmen kann, sodass gilt Drehrichtung = 1∀ω ≥ 0 / 0∀ω < 0
Damit kann basierend auf einem ursprünglich gemessenen Winkel- oder Lage-Istwert, der hier durch eine Anzahl Weginkremente Winkelinkrement_Ursprung bezogen auf den Ursprung bzw. die Referenzlage der neue Winkel bzw. die Lage angegeben werden zu Winkelinkrement_x = Winkelinkrement_Ursprung + (0,5 – Drehrichtung).
Diese Korrektur bewirkt, dass der Lageistwert, also der Ort, beim Übergang von einem in einen anderen Lageistwert, insbesondere bei einer Drehrichtungsumkehr, eindeutig zugeordnet werden kann.
Weiterhin kann die Ermittlung der Winkelposition bei hohen Winkelgeschwindigkeiten verbessert werden, indem berücksichtigt wird, dass zum Zeitpunkt der Berechnung der Winkel- bzw. Lageposition eine gewisse Zeitspanne seit der Bereitstellung der Information durch die eine QEP-Auswerteeinheit liegt. Eine Winkelgeschwindigkeit soll dabei als groß gelten, wenn die Abtastzeit des Signalprozessors T_Abtast größer ist als die Zeitspanne T_Ereignis zwischen zwei aufeinander folgenden Signalen der QEP-Auswerteeinheit, also zwischen zwei Signaleingängen. Dies ist in der schematischen Darstellung 600 der 6 verdeutlicht.
Abbildung 610 zeigt den zeitlichen Verlauf der bereits korrigierten gemessenen Inkrementsignale, wobei eine unbeschleunigte Winkelgeschwindigkeit angenommen wurde. Zu den Zeiten t = 4,5...t = 11,5... signalisiert die QEP-Auswerteeinheit, dass ein weiteres Winkelinkrement überschritten wurde. Die Zeitspanne T_Ereignis, 620, zwischen zwei Signalbereitstellungen durch die QEP-Auswerteeinheit ist hier konstant und kleiner als die Zeitspanne T_Abtast. Dementsprechend kann eine Zeitspanne T_Abtast 630 mehrere Signalisierungszeitpunkte von Winkel- bzw. Lagewerten umfassen. So umfasst die Zeitspanne T_{Abtast x} die Signalisierungszeitpunkte t = 5,5 und t = 6,5 und die Zeitspanne T_{Abtast x+1} die Signalisierungszeitpunkte t = 7,5, t = 8,5 und t = 9,5.
Die Berechnung des Winkel- bzw. Lagewerts findet jedoch nicht genau zu einem der Signalisierungszeitpunkte statt, sondern nach einer Zeitspanne Δt_x später, wobei hier die Signalverarbeitungszeit unbeachtet bleibt, sodass der Berechnungszeitpunkt mit dem Abtastzeitpunkt zusammenfällt. Damit gilt näherungsweise für die Winkelgeschwindigkeit ω bzw. Winkeländerung Δφ dω = ^Δφ/_dt ≈ ^Δφ/_Δt ⇔ Δφ = Δt·ω
Diese berechnete Winkeländerung Δφ wird zu dem gemessenen Winkelbzw. Lage-Istwert addiert, um so eine seit der Bereitstellung des Wertes bis zur tatsächlichen Abtastung/Berechnung verstrichene Zeit zu berücksichtigen. Damit kann der korrigierte Winkel- bzw. Lage-Istwert als Winkelinkrementzwischenwert mit der zuvor ermittelten Winkelgeschwindigkeit ω zum Abtastzeitpunkt x ermittelt werden zu φ_x = Winkelinkrement_x· 2π / Inkrementzahl + Δt_x·ω.
Dabei wäre für die Variable Winkelinkrement_x in diesem Fall der Zahlenwert der letzten Signalisierung, also des letzten Ereignisses, d.h. 6,5, einzusetzen; entsprechend wäre zum Zeitpunkt x + 1 wäre der Wert 9,5 einzusetzen.
Weiterhin können die Ermittlung der Winkelposition und damit die Lage des Fadenführers für kleine Winkelgeschwindigkeiten verbessert werden. Die Darstellung 700 der 7 verdeutlicht dies. Eine kleine Winkelgeschwindigkeit liegt dabei dann vor, wenn T_Ereignis 620, also der Zeitabstand zwischen zwei Signalbereitstellungen durch eine der QEP-Auswerteeinheiten, größer ist als der Zeitabstand T_Abtast 630 zwischen zwei Abtast- bzw. Auslesevorgängen der Steuerung.
Wie in 710 beispielhaft veranschaulicht, stellt der Inkrementalgeber und damit eine der QEP-Auswerteeinheiten zu den korrigierten Zeiten t = 4,5, t = 5,5 und t = 6,5 jeweils eine neue Lage- bzw. Winkelposition bereit. Diese seien hier gleichmäßig beabstandet, d.h. die Winkelgeschwindigkeit sei hier als konstant angenommen. Der zeitliche Abstand zwischen den o.g. Zeiten ist T_Ereignis 620. Damit kann es vorkommen, dass die Steuerung während einer Zeitspanne T_{Abtast x} dieselbe Information von einer der QEP-Auswerteeinheiten liest, die bereits in der vorangegangenen Abtastzeitspanne gelesen wurde.
In dieser Konstellation, wenn also T_Ereignis > T_Abtast ist, wird für die Ermittlung des Winkel- oder Lagewerts unterschieden, ob in der laufenden Abtastzeitspanne eine Winkel- oder Lageänderungsinformation bereitgestellt wurde.
Falls seit dem letzten Abtasten der Lage- bzw. Winkelposition keine neue Information zum Auslesen bereitgestellt wurde, d.h. beim Abtasten/Auslesen wurde eine bereits abgetastete Lage- bzw. Winkelposition erkannt, so zum Zeitpunkt x in 7, so wird der neue Lage- bzw. Winkel-Istwert φ_x, d.h. ein Winkelinkrementzwischenwert, basierend auf dem bereits bekannten Lage- bzw. Winkel-Istwert φ_x-1, der Dauer der Abtastperiode T_{Abtast x} und der Winkelgeschwindigkeit ω aktualisiert, indem zu dem letzten bekannten Lage- bzw. Winkel-Istwert φ_x-1 hinzuaddiert wird, wie weit sich in der Zeit T_{Abtast x} die Antriebswelle weitergedreht hat, also φ_x = φ_x-1 + T_{Abtast x}·ω.
Anderenfalls, wenn beim Abtasten ein neuer Lage- bzw. Winkel-Istwert gelesen wurde, so wird der neue Lage- bzw. Winkel Istwert, hier der Winkelinkrementzwischenwert φ_x+1, basierend auf dem abgetasteten Wert, also dem abgetasteten Weginkrement ermittelt, wobei diesem ebenfalls der Winkel hinzuaddiert wird, um den sich die Antriebswelle in der Zeitspanne seit dem Abtasten des Weginkrements weitergedreht hat, also φ_x+1 = Weginkrement_x+1· 2π / Inkrementzahl + Δt_x+1·ω.
8 zeigt die Schritte zur Berechnung einer Winkel- bzw. Lageposition mit Winkelinkrementzwischenwerten anhand eines Flussdiagramms 800. Dabei ist x bzw. x + 1, x + 2 ... der Index des aktuellen Arbeitszyklus, wobei x den aktuellen Arbeitszyklus der Steuerung bezeichnet.
In Schritt 810 beginnt die Schrittfolge zur Bestimmung der Winkel- bzw. Lageposition im Arbeitszyklus x. In der nachfolgenden Abfrage 820 prüft die Steuerung, ob eine neue Winkel- oder Lageposition abgetastet/gelesen werden konnte.
Gegebenenfalls, wenn also von der je nach Winkelgeschwindigkeit zuständigen QEP-Auswerteeinheit eine neue Winkel- bzw. Lageposition gelesen wurde, so wird in 830 das Winkelinkrement_x in Abhängigkeit der Drehrichtung des Motors bestimmt. Anschließend wird in 840 die Zeitspanne Δt_x, d.h. die seit dem Lesen der letzten Winkel- bzw. Lageänderung verstrichene Zeit, ermittelt. In Schritt 850 wird schließlich die aktuelle Winkel- bzw. Lageposition als Winkelinkrementzwischenwert φ_x basierend auf dem ermittelten Winkelinkrement_x, der Inkrementzahl sowie der Winkelgeschwindigkeit ω und der ermittelten Zeitspanne Δt_x ermittelt.
Anderenfalls, d.h. wenn keine neue Winkel- bzw. Lageinformation gelesen werden konnte, d.h. die Abfrage in 820 ist zu verneinen, so wird in 860 der zuvor ermittelte Winkel- bzw. Lagepositionswert φ_x-1, d.h. der Altwert, aus einem in der Steuerung enthaltenen Speicher gelesen. Basierend auf diesem Altwert, der Winkelgeschwindigkeit ω und der ermittelten Zeitspanne Δt_x, wird in 870 die aktuelle Winkel- bzw. Lageposition berechnet.
Die beschriebene Changiereinheit sowie das Verfahren ermöglichen damit eine exaktere Ermittlung der Lageposition des Fadenführers und eine dementsprechend exaktere Steuerung des Fadenführers, die eine genauere Ablage des Fadens auf der Spule ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10322533 A1 [0006]

Claims

Changiereinheit zum Führen eines Fadens mittels eines Fadenführers (120) umfassend – einen Motor (170) mit einer Antriebswelle (171) zum Antrieb des Fadenführers (120), und – eine mit dem Motor (170) gekoppelte Steuerung (330), und – einen mit der Antriebswelle (171) des Motors (170) gekoppelten Inkrementalgeber (180) zur Ermittlung von Winkelinkrementinformation der von der Antriebswelle (171) überstrichenen Winkelinkremente, wobei die Winkelinkrementinformation an die Steuerung (330) übertragen wird, und – wobei die Steuerung (330) dazu eingerichtet ist, basierend auf der Winkelinkrementinformation eine Winkelgeschwindigkeit und eine Winkelbeschleunigung der Antriebswelle (171) und basierend auf der ermittelten Winkelgeschwindigkeit und der ermittelten Winkelbeschleunigung ein oder mehrere Winkelinkrementzwischenwerte und ein oder mehrere Winkelgeschwindigkeitszwischenwerte der Antriebswelle (171) zu ermitteln und – den Motor (170) basierend auf der Winkelinkrementinformation, der ermittelten Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung und den Winkelinkrement- und Winkelgeschwindigkeitszwischenwerten zu steuern.
Changiereinheit nach Anspruch 1, wobei die Antriebswelle (171) mittels eines Antriebsrads (140) einen Riemen (130) antreibt, der mit dem Fadenführer (120) gekoppelt ist.
Changiereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (330) dazu eingerichtet ist die Drehrichtung der Antriebswelle (171) basierend auf der Winkelinkrementinformation zu ermitteln.
Changiereinheit nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (330) dazu eingerichtet ist, die Position des Fadenführers (120) basierend auf der Winkelinkrementinformation zu ermitteln, und wobei in Abhängigkeit der Drehrichtung der Winkelinkrementinformation ein halbes Winkelinkrement hinzuaddiert oder subtrahiert wird.
Changiereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend – eine erste QEP-Auswerteeinheit (320-1) zur Erzeugung eines ersten Datenstroms, welcher ein Datum für ein Intervall einer Anzahl von N, N größer eins, von Winkelinkrementen bereitstellt, und – eine zweite QEP-Auswerteeinheit (320-2) zur gleichzeitigen Erzeugung eines zweiten Datenstroms, welcher ein Datum für jedes separate Winkelinkrement bereitstellt.
Changiereinheit nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (330) bei Überschreiten einer ersten vordefinierten Winkelgeschwindigkeit den Motor (170) basierend auf der Winkelinkrementinformation des ersten Datenstroms steuert, und wobei die Steuerung (330) bei Unterschreiten einer zweiten vordefinierten Winkelgeschwindigkeit den Motor (170) basierend auf der Winkelinkrementinformation des zweiten Datenstroms steuert.
Verfahren zur Steuerung einer Changiereinheit zum Führen eines Fadens mittels eines Fadenführers, wobei die Changiereinheit einen Motor mit einer Antriebswelle zum Antrieb des Fadenführers und eine mit dem Motor gekoppelte Steuerung aufweist, mit den Verfahrensschritten – Übertragen von Informationen über die von der Antriebswelle des Motors überstrichenen Winkelinkremente an die Steuerung, – Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelbeschleunigung der Antriebswelle des Motors in der Steuerung, und – Ermitteln von Winkelinkrementzwischenwerten und Winkelgeschwindigkeitszwischenwerten basierend auf der ermittelten Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung, und – Steuern des Motors basierend auf der übertragenen Winkelinkrementinformation, der ermittelten Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung und den Winkelinkrement- und Winkelgeschwindigkeitszwischenwerten der Antriebswelle.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Antriebswelle mittels eines Antriebsrades einen Riemen antreibt, der mit dem Fadenführer gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8–9, weiterhin umfassend Ermitteln der Drehrichtung der Antriebswelle basierend auf der Winkelinkrementinformation.
Verfahren nach einem der vorstehendem Ansprüche 8–9, weiterhin umfassend Ermitteln der Position des Fadenführers basierend auf der Winkelinkrementinformation, und Addieren oder Subtrahieren eines halben Winkelinkrements zu/von der Winkelinkrementinformation in Abhängigkeit der Drehrichtung des Motors.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 7–10, mit den weiteren Schritten – Erzeugen eines ersten Datenstroms, welcher ein Datum für ein Intervall einer Anzahl von N, N größer eins, von Winkelinkrementen bereitstellt, und – gleichzeitiges Erzeugen eines zweiten Datenstroms, welcher ein Datum für jedes separate Winkelinkrement bereitstellt.
Verfahren nach vorstehendem Anspruch 11, wobei – bei Überschreiten einer ersten vordefinierten Winkelgeschwindigkeit der Motor basierend auf dem ersten Datenstrom und – bei Unterschreiten der zweiten vordefinierten Winkelgeschwindigkeit der Motor basierend auf dem zweiten Datenstrom gesteuert wird.