DE2741401A1

DE2741401A1 - Steuerungsschaltung, insbesondere zur ueberwachung des durchmessers eines gezogenen drahtes oder einer glasfaser bei der herstellung durch ziehen

Info

Publication number: DE2741401A1
Application number: DE19772741401
Authority: DE
Inventors: Brian James Scott
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1978-03-16
Also published as: ES462380A1; ZA774216B; NL7709819A; GB1555492A; FR2365156A1; AU2864277A; AU510994B2

Description

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Steuerungsschaltung , insbesondere zur Überwachung des Durchmessers eines gezogenen Drahtes oder einer Glasfaser bei der Herstellung durch Ziehen

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsschaltung, insbesondere zur Überwachung des Durchmessers eines Drahtes oder einer Glasfaser während der Herstellung durch Ziehen, die abhängig von einer Fehler-Eingangsspannung eine Steuerspannung an ihrem Ausgang abgibt.

Bei einem Ziehprozess, beispielsweise bei der Herstellung einer Glasfaser aus einer Glasfaser-Vorform wird die Gleichmäßigkeit des Durchmessers der gezogenen Faser dadurch überwacht, daß vom jeweils festgestellten Durchmesser der gezogenenFaser ein Steuersignal abgeleitet wird, das einer Steuerungsschaltung zugeführt wird, die einen Servomotor steuert. Dieser regelt dann entweder die Geschwindigkeit, mit der die Vorform der Zone zugeführt wird, aus der gezogen wird, oder die Geschwindigkeit, mit der die aus dieser Zone gezogene Faser aufgewickelt wird. Im Falle einer Glasfaser ist es vorzuziehen, daß der Servomotor die Aufwickelgeschwindigkeit bestimmt. Im entsprechenden Falle der Herstellung einer kunststoffumhüllten Glasfaser oder eines kunstetoffuinhüllten Drahtes wird der Durchmesser der kunstetoffumhüllten Glasfaser oder des kunststoffumhüllten Drahtes überwacht, und die Steuerungsschaltung steuert einen Servomotor, der entweder die Zuführung des Kunststoffmaterials

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durch einen Extruder oder die Geschwindigkeit der Glasfaser oder des Drahtes durch den Extruder regelt.

Eine Möglichkeit, den Durchmesser eines Fadens, wie z.B. einer blanken Glasfaser oder einer kunststoffumhüllten Glasfaser oder eines kunststoffumhüllten Drahtes zu messen, besteht darin, die Lichtdämpfung zu messen, die der Faden in einem Lichtstrahl bewirkt, dessen Licht teilweise von ihm aufgefangen wird. Normalerweise erfolgt diese Messung durch eine Vergleichstechnik, bei der mittels eines Licht-Verteilers ein Lichtstrahl in zwei Komponenten geteilt wird, deren eine teilweise auf den Faden fällt, wogegen die andere ein Dämpfungsglied durchläuft, dessen optische Dämpfung einstellbar ist.

Die Intensitäten der beiden Lichtstrahlen werden darauf verglichen, in dem sie zerhackt und beide einem einzigen Photodetektor zugeführt werden, der ein Differenzsignal liefert, dessen Amplitude ungefähr proportional zu der Abweichung des Fadendurchmessers von einem vorbestimmten Bezugswert ist, der durch das einstellbare optische Dämpfungsglied bestimmt ist. Dieses Differenzsignal wird gleichgerichtet und einer Steuerungsschaltung zugeführt, die ein Ausgangssignal zur Steuerung der Geschwindigkeit des Servomotors abgibt.

Für manche Anwendungsfälle bei der Drahtherstellung wurde es als ausreichend empfunden, eine Steuerungsschaltung zu verwenden, die das von der Einheit, die den Durchmesser "abfühlt" gelieferte analoge Signal abtastet und dieses dazu verwendet, ein motorgesteuertes Potentiometer in der einen oder anderen Richtung schrittweise zu verstellen,

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das die Geschwindigkeit des Servomotors steuert. Die Schrittgröße bleibt nach einer Voreinstellung konstant, aber die Abtastgeschwindigkeit ist eine Funktion der Größe des Fehlersignals.Bein Aufbau einer solchen Einrichtung muß zuerst die Größe dieses Inkrements auf einen Wert eingestellt werden, der so klein ist, daß ein einziges Inkrement eiie nicht zu große Verschiebung bewirkt. Obwohl eine Verkleinerung der Größe eines Inkrements eine genauere Steuerung ermöglicht, hat sie jedoch auch den Effekt, daß das System auf Störungen langsamer anspricht. Bei vielen Anwendungen in der Drahtherstellung sind die Störungen so klein, verglichen mit ihren Auswirkungen, daß ein relativ langsames Ansprechen hingenommen werden kann. Jedoch wurde herausgefunden, daß beim Ziehen einer Glasfaser aus einer Glasfaser-Vorform die Ziehbedingungen so empfindlich gegenüber kleinen Änderungen sind, daß eine Steuerungsschaltung, die zur DurchmesserUberwachung bei der Drahtherstellung zufriedenstellend gearbeitet hat, nun beim Ziehen der Glasfaser deren Durchmesser nicht in der erforderlichen Weise überwachen kann. Z.B. wurde festgestellt, daß beim Ziehen einer Glasfaser mit 100 ym Durchmesser aus einer 6 mm dicken Vorform es möglich war, den Glasfaserdurchmesser über einen Bereich, in dem der Durchmesser der Vorform im wesentlichen gleichmäßig war, auf - 3 ym konstant zu halten. Wenn aber aus einem Bereich gezogen wurde, in dem der Durchmesser der Vorform über eine Entfernung von etwa 1,5 cm um 5,7 % anstieg und fiel, so schwankte der Glasfaserdurchmesser schwingungsartig um etwa - 25 %.

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Es 1st daher die Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine genauere Steuerung ermöglicht und schneller und schwingungsfrei anspricht.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Steuerungsschaltung und

Fig.2 deren Uberträgungskennlinie. Die Steuerungsschaltung nach Fig.1 hat einen Eingang 10,

der zur Steuerung des Faserdurchmessers mit dem Ausgang einer Einheit (nicht gezeigt) der bereits beschriebenen Art verbunden ist, die mittels eines Doppellichtstrahls den Durchmesser erfaßt. Diese Einheit zur Erfassung des Durchmessers ist so konstruiert, daß ihre Ausgangsspannung um einen Gleichspannungspegel von ungefähr 10 V zentriert ist. Um nun dieses Signal symmetrisch zum Erdpotential zu machen, wird es in einem Verstärker IC1 mit einem aus Widerständen R1 und R2 bestehenden Spannungsteiler verstärkt und sein Pegel verschoben. Darauf durchläuft das Signal eine Zeit-

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schaltung, die durch einen Kondensator C1, Feldeffekttransistoren FET1 und FETT 2 und zugehörige Widerstandsnetzwerke FN1 und RN2 realisiert 1st. (Diese Zeltschaltung könnte stattdessen auch am Eingang der Steuerungsschaltung oder auch innerhalb der Einheit zur Erfassung des Durchmessers angeordnet sein). Im weiteren Signalweg liegt eine "Source-Folger Schaltung", die aus einem Feldeffekttransistor FET3 und einem Trennverstärker IC2 besteht. Von dort gelangt es auf eine parallele Anordnung von zwei Verstärkerschaltungen, deren Verstärkung jeweils durch die Operationsverstärker IC3 und IC4 bestimmt wird. Diese beiden Operationsverstärker geben der Steuerungsschaltung die in Fig.2 gezeigte Übertragungskennlinie.

Die Ubertragungskennlinie ist zum Ursprung symmetrisch und besteht aus einem Plateaubereich A in der Mitte, innerhalb dessen der Anstieg relativ gering ist. Dieser Bereich wird an beiden Seiten von Bereichen B begrenzt, in denen der Anstieg wesentlich größer ist.

Der Plateaubereich A wird bestimmt durch die relativ niedrige Verstärkung der den Operationsverstärker IC3 enthaltenden Verstärkerschaltung. Diese Verstärkung ist durch die Widerstandswerte eines veränderbaren Widerstandes RV1 und von Widerständen R3 und R4 bestimmt.

Bei hohen positiven oder negativen Eingangssignalpegeln ist die Verstärkung der den Operationsverstärker IC4 enthaltenden Verstärkerschaltung in erster Linie durch die Widerstandswerte der veränderbaren Widerstände RV2 und RV3 und RV4 bestimmt. Diese werden so eingestellt, daß eine

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Verstärkung entsteht, die groß ist im Vergleich mit der Verstärkung der den Operationsverstärker IC3 enthaltenden Verstärkerschaltung. Bei niedrigen positiven oder negativen Eingangssignalpegeln kann die Durchlaß-Vorspannung an den Dioden D1 oder D2 unter die Einschaltschwelle des Stroms in Durchlaßrichtung fallen. An dieser Stufe wird die hochgradige Verstärkung dieser Verstärkerschaltung unwirksam, und die Verstärkung wird nun durch die Widerstandswerte von RV2 und einem Widerstand R5 bestimmt. Der Wert dieses Widerstandes R5 ist so gewählt, daß eine geringe Verstärkung vorliegt, die klein ist verglichen mit der Verstärkung der den Operationsverstärker IC3 enthaltenden Verstärkerschaltung.

Die Höhe des positiven oder negativen Eingangssignalpegels, bei dem der Übergang zwischen der hohen und der niedrigen Verstärkung stattfindet, wird von zwei Spannungsteilerschaltungen bestimmt, die im Falle von positiven Signalen aus den Widerständen R6 und R7 zusammen mit dem einstellbaren Widerstand RV5 und im Falle von negativen Signalen aus den Widerständen R8 und R9 zusammen mit dem einstellbaren Widerstand RV6 bestehen. Wenn die Anschlüsse dieser Spannungsteilerschaltung mit festem Potential auf Erdpotential gehalten würden, dann wäre eine endliche untere Grenze für die Breite des Plateaubereiches gegeben.

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Dieser Plateaubereich kann breiter sein als erwünscht. Daher werden die Anschlüsse mit festem Potential der Spannungstellerschaltungen stattdessen auf kleine~>Tjzw. negative Potentiale gebracht, die von einer dritten Spannungsteilerschaltung, die aus Widerständen R10 und R11 und Dioden D3 und D4 besteht, bereitgestellt werden.

Der Anstieg des Teils der Ubertragungskennlinie innerhalb des Plateaubereiches A wird von RV1 bestimmt. Die Breite des Plateaubereiches A bestimmen die Widerstände RV5 und RV6, die miteinander gekuppelt sind, um die Symmetrie der Ubertragungskennlinie zum Ursprung zu erhalten. Der Anstieg der Ubertragungskennlinie in den Bereichen B wird durch RV3 und RV4 bestimmt, die aus dem gleichen Grund miteinander gekuppelt sind. Außerdem läßt sich der Anstieg der Ubertragungskennlinie in den Bereichen B durch Einstellung von RV2 verändern.

Falls erwünscht, können ein oder mehrere zusätzliche Paare von Dioden (nicht gezeigt) und zugehörige Spannungsteilerschaltungen (nicht gezeigt) am Eingang von IC4 in einer ähnlichen Weise wie die Dioden D1 und D2 und ihre Spannungsteilerschaltungen vorgesehen werden, um den Anstieg der Ubertragungskennlinie in den Gebieten B noch mehr zu vergrößern. Die Spannungsteilerschaltungen würden dann so angeordnet werden, daß die jeweils zugehörigen Paare von Dioden ihre Schwellen, bei denen die Leitung in Vorwärtsrichtung einsetzt, bei verschiedenen Eingangssignalpegeln erreichen.

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Die Ausgangssignale der beiden Operationsverstärker IC3 und IC4 werden in einem weiteren Operationsverstärker IC5 addiert, der ein Operationsverstärker sein kann, der bereits zur Schaltung des Servomotors (nicht gezeigt) gehört, der die Rolle antreibt, die die Glasfaser aus dem Ofen zieht und aufwickelt (nicht gezeigt).

Die Verstärkung dieses Operationsverstärkers IC5 und somit die Empfindlichkeit des Servomotors wird bestimmt durch die Widerstandswerte der Widerstände R12, R13 und R14 zusammen mit den einstellbaren Widerständen RV7 und RV8. RV7 und RV8 sind miteinander gekuppelt, so daß die Einstellung der Verstärkung des Servomotors die Proportionalität der Summe nicht beeinflußt.

Ein weiterer Operationsverstärker IC6 ist zusammen mit einem "Meßgerät mit unterdrücktem Nullpunkt" SZM und einer Druckt as te"V2ur Durchführung eines Nulltests vorgesehen, um die Nulleinstellung der Steuerungsschaltung vorzunehmen. Durch Drücken der Drucktaste entsteht ein Kurzschluß an den Eingängen von ICI, und während dieser Kurzschluß aufrecht erhalten wird, wird ein Potentiometer P1 eingestellt, bis an dem Meßgerät SZM die Stellung O abgelesen wird.

Mit der geeigneten Einstellung der einstellbaren Widerstände der Steuerungsschaltung für die Vorrichtung zum Ziehen einer Glasfaser wurde festgestellt, daß es möglich ist, beim Ziehen einer 100 pm dicken Silizium-Glasfaser aus einer

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6 nun dicken Vorform den Glasfaserdurchmesser auf - 1,5 pm über einen Bereich, In dem der Durchmesser der Vorform Im wesentlichen gleichmäßig 1st, konstant zu halten.

Beim Ziehen aus einem Bereich, In dem der Durchmesser

um.
der VorformV5,7 % über eine Entfernung von etwa 1,5 cm anstieg und fiel, konnte der Glasfaserdurchmesser auf - 3 pm ohne offensichtliche Regelschwingungen konstant gehalten werden.

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Claims

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Dipl.-Phys.Leo Thul
Kurze Str.8
7 Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK Patentanspruch

Steuerungsschaltung, insbesondere zur Überwachung des Durchmessers eines Drahtes oder einer Glasfaser während der Herstellung durch Ziehen, die abhängig von einer Fehler-Eingangsspannung eine Steuerspannung an ihrem Ausgang abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubertragungskennlinie (Fig.2) zum Ursprung symmetrisch ist und in der Mitte einen Plateaubereich(A) aufweist, an dessen beide Enden sich Gebiete (B) anschließen, in denen der Anstieg der Kennlinie stark erhöht i«t, daß zur Realisierung dieser Ubertragungskennlinie zwei parallel angeordnete Verstärker (IC3, IC4) vorgesehen sind, von denen der erste Verstärker (IC3) eine relativ geringe Verstärkung hat und der zweite Verstärker (IC4) im Plateaubereich (A) unwirksam geschaltet ist und außerhalb (B) dieses Bereiches (A) eine relativ hohe, einstellbare Verstärkung aufweist, wobei seine Einschaltschwellen durch einstellbare Spannungsteilerschaltungen (R6, R7, RV5; R8, R9, RV6) bestimmt sind.

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13.9.1977

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ORIGINAL INSPECTED