DE2750152C3

DE2750152C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von Garnsignalen zum Erkennen zumindest angenähert periodischer Querschnittsschwankungen bei Offenendspinnmaschinen o.dgl

Info

Publication number: DE2750152C3
Application number: DE2750152A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing.Eth Uster Mannhart (Schweiz)
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1981-01-22
Also published as: GB1597553A; IN149808B; JPS53117461A; US4168604A; DE2750152B2; HU179363B; JPS5942801B2; CS197308B2; DE2750152A1; CH615404A5; BE863392A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von Garnsignalen zum Erkennen zumindest angenähert periodischer Querschniilsschwarikungen bei Offenerid^ Spinnmaschinen od. dgl. bei dem die Garnsignale mit Detektoren aus dem Querschnitt bzw. Durchmesser des Garns gewonnen, in Digitalsignale umgeformt und weiterverarbeitet werden. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet (vgl. CH-PS 5 68 405 = DE-OS 24 09 882).

Bei der Herstellung textiler Halbfabrikate, insbesondere bei der Herstellung von Garnen auf Offenendspinnmaschinen, wird eine umfassende und rasch reagierende Qualitätsüberwachung gefordert Die früher übliche Methode, aus der Produktion Stichproben zu entnehmen, diese in einem Prüflabor zu testen und dann nach den Gesetzen der Statisrk auf die durchschnittliche Qualität der ganzen Ablieferung zu schließen, ist bei den heutigen Produktionsanlagen nicht

; j mehr tragbar. Diese schnell arbeitenden Produktionsanlagen fordern eine dauernde Überwachung jeder einzelnen Spinnstelle, so daß eine stichprobenweise Prüfung nicht mehr ausreicht Im Zuge dieser Überwachung sind folgende Arten verschlechterter Garnqualitat zu ermitteln:

1. Einzelne große Dickstellen;

2. Dickstellenketten;

3. erhöhte Ungleichmäßigkeit;

4. periodische Querschnittsschwankungen.

Die vereinzelten Dickstellen können mit üblichen elektronischen Gjrnreinigern entfernt werden. Dickstellenketten sind eine für Offenend-Spinnmaschinen charakteristische Fehlerart. Die Erkennung und Entfernung von Fehlern dieser Art ist bekannt und beispielsweise in der CH-PS 5 68 405 ( = DE-OS 24 09 882) beschrieben.

Schwierigkeilen bereitei die Bestimmung einer erhöhten Ungleichmäßigkeit und der periodischen Querschnittsschwankungen, da dies bisher nur unter Zuhilfenahme von Laborgeräten erfolgen konnte, wie sie beispielsweise aus der CH-PS 2 49 096, der CH-PS 2 62 827 und der CH-PS 3 00 068 bekannt sind.

Eine Möglichkeit, periodische Querschnittsschwankungen kontinuierlich zu erfassen, bestünde darin, den Garnquerschnitt als Funktion der Zeit abbildende elektrische Signale einem fest abgestimmten Filter zuzuführen und dabei ermittelte Fehler anzuzeigen bzw. zum Abschalten fehlerhafter Spinnslellen zu benutzen.

4¹) Da aber die p< Modischen Anteile der Meßsignale von der Garnlaufgeschwindigkeit abhängig sind und die Fehlererfassung nicht auf bestimmte Periodenlängen beschränkt sein darf, ist diese Lösungsmöglichkeit praktisch auch dann nicht verwendbar, wenn man den

V) mit ihr verbundenen erheblichen technischen Aufwand in Kauf nehmen würde. In der DE-OS 26 49 779 wird ein Verfahren /um Feststellen des periodischen Charakters von Garnunregelmäßigkeiten durch kontinuierliche Bestimmung einer Garnkerngröße mit mindestens

γ, einem ein den Schwankungen der gemessenen Kenn größe proportionales elektrisches Signal liefernden Meßkopf vorgeschlagen, wobei ein momentanes erstes Signal des Kopfes mil dem nach Durchlauf eines oder ein Vielfaches der vorgegebenen Periodizilälslänge

Mi entsprechenden Garnstückes gelieferten /eilverschobenen zweiten Signals laufend multipliziert wird. Die dabei erforderlichen Multiplikationsvorgängc erfordern insbesondere bei digitaler Signalverarbeitung einen Zeitaufwand, der nicht immer in Kauf genommen werden

ft-, kann.

Die digitale Signalverarbeitung im Zusammenhang mit texiiltechnischen Vorgängen ist erläutert in Melliand Textilberichlc, 4/197.3, Seiten 319, 320, aber es

muß im Zusammenhang mil dieser Signalverarbeitung stets berücksichtigt werden, daß bei der Ermittlung periodischer Garnquerschnitlsschwankungen eine Vielzahl von Berechnungen durchgeführt werden muß und bei Verwendung bekannter Auswerteprinzipien auch bei Verwendung von Mikrocomputern Rechenzeiten benötigt werden, die eine kontinuierliche Auswertung des Garnsignals während des Produktionsprozesses nicht zulassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bzw. die es ermöglicht, bei einer Vielzahl von Spinnstellen, insbesondere periodische Querschnittsschwankungen unmittelbar im Produktionslauf zu erkennen und eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie durch die digitale Signalverarbeitung diese Fehlererkennung besonders einfach in der Praxis realisiert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, daß die Digitalsignale zunächst um innerhalb eines Verzögerungsintervalls (r> — Γι) liegende Zeitintervaüe (r); verzögert werden, worauf aus dem ursprünglichen Garnsignal (x(l))und de:: verzögerten Garnsignalen (χ(ί-τ)) jeweils Absolutbeträge der Differenzen gebildet und diese über ein Zeitintervall zu Funktionswerten (Q (τ)) integriert werden.

Da die Signalauswertung ausschließlich durch Addition bzw. Subtraktion digitalisierter Meßwerte erfolgt, können die Funktionswerte innerhalb von Mikrosekundcn erhalten werden, wodurch eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung bei hoher Zuverlässigkeit gewährleistet werden kann. Da die Periodenlänge nicht von vornherein bekannt sein muß, ist das Verfahren nach der Erfindung nicht an ein bestimmtes Fabrikalionsverfahren gebunden und läßt sich somit universell einsetzen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2 kann aus der Größe des Quotienten (MZ) vorhergesagt werden, ob ein Garn bei der Weiterverarbeitung zur Bildung des unerwünschter. Moire-E!fektes neigt, was in der Praxis von erheblicher Bedeutung ist.

Eine weitere Ausführungsvariante d^s Verfahrens nach Anspruch 3 ermöglicht über den Mittelwert (UZ) eine Aussage über die totale Ungleichmäßigkeit des untersuchten Garnes, d. h. dieser Wert (UZ) gibt Aufschluß über die Größe der vJngleichmäßigkeit, so daß die sonst übliche zusätzliche Meßwertüberprüfung nicht mehr erforderlich ist.

Die im Anspruch 5 angegebene Vorrichtung zur Durchführung des Vt/fahrens nach Anspruch 1 ergibt den Vorteil, daß bei der Verwendung von Mikrocomputern ohi.e großen zusätzlichen Aufwand eine statistische Auswertung über ein besiimmles Beobachtungsintervall ermöglicht wird. Solche statischen Auswertungen lassen Rückschlüsse auf die beireffende Maschine zu. Spinn· stellen, die innerhalb eines bestimmten Überwachungsintervalls besonders ausgeprägt zur Bildung von Moire-Garn neigen, können dadurch besonders gut erkannt werden.

Das Grundprinzip des Verfahrens sowie ein Beispiel für seine praktische Realisierung werden nachfolgend anhand der F ig, 1 bis 8 näher erläutert; es zeigt

Fig. I eine AiHokörrelationsfunktion für ein slocha* stisches Signal,

Fig. 2 eine A-Utokorrclalionsfunklion für ein slochastisches Signal mit periodischem Anlcil,

Fig,3 ein Diagraifi.n eines tinvcrzögcrten und eines verzögerten Gartisignals,

Fig.4 zwei Diagramme abgeleiteter Größen als Funktion einer Zeitdiffurenz τ,

Fi g. 5 Diagramme e.nes unverzögerten und eines um ein Zeitintervall η verzögerten Garnsignals als Funk's tion der Zeit,

F i g. 6 Diagramme eines unverzögerten und eines um ein Zeitintervall τ_Ρ verzögerten Garnsignals als Funktion der Zeit,

Fig. 7 das Diagramm einer Funktion C? (τ) über τ,
ίο Fig. 8 ein Blockschaltbild der Vorrichtung.

Die Autokorrelationsfunktion (im folgenden mit AKF bezeichnet) ist für ein Signal x(t) folgendermaßen definiert:

= J X

i-.v(i-T)-dr(Fig. 1.2) [1]

In F ig. 1 ist die AKF für ein rein stochastisches Signal und in F i g. 2 für eine stoch? sehe Funktion mit überlagerten periodischem Anteil (Periodendaucr τ_ρ) gezeigt. Für die diskrete Berechnung dieser Funktion ersetzt man das Integral durch die Summe:

RU) ■= Σ v(A Ii)- MA Ir -τ) [2]

Das Signal muß Mc für in Form von quantisierten Abtastwerten x(kAt) vorliegen. Wird die Verschiebung so r in gleichen diskreten Intervallen erhöht, nämlich gemäß

τ = 0. 11. 2 I /. . . . »ι ■ I f

j5 so benötigt man für die Berechnung dieser Funktion mit einem Microcomputer für N = 1000 Abtastwerte und m = 50 Zeitintervallschritte rund 45 Sekunden. Dies ist gleichbedeutend damit, daß dieses Verfahren für eine kontinuierliche Auswertung des Garnsignals im Produk-

Ao tionsprozeß nicht in Betracht kommt, da der benötigte Zeitaufwand zu groß ist.

Ausgehend von der Autokorrelationsfunktion und im Bestreben, zeitintensive Operationen iu vermeiden, wird folgende neue Funktion (^definiert:

QU) = J

(1

v(f - τ)\ύΐ

bzw.

ΑΙ I

QU) -= Σ I ν(λ it) - \{k Ii - τ)

-,■-, Diese Funktion ist in der Lage, periodische Signale, die in einem stochastischen Signal eingebettet sind, festzustellen.

Fig. 3 veranschaulicht die Entstehung der Funktion Q(τ). Das Inttgral der Absolutbeträge der Differenz

bo zwischen Originalfunktion x(t) und der um r verschoberten Funktion x(t—v) nach Gleichung (3) entspricht der schraffierten Fläche. Für τ>0 strebt der Wert der Funktion einem bestimmten Wert zu, der im weiteren unabhängig von τ ist.

(,-, Fig.4 stellt clio Punktion ζ)(τ)\η Abhängigkeit von τ für z.wei verschiedene Garne mit unterschiedlicher Ungleichmäßigkeit dar. Der Wert der Funktion Q(r) ist ein Maß für die Ähnlichkeit des ursprünglichen Signals

x(t)\ind des um τ verzogenen Signals xft—τ). Bei einem slöchastischcn Signal ist dieser Wert der Funktion Q(τ) für τ>0 unabhängig von r. Hingegen litgl eine Abhängigkeit der Funktion Q(t) von der Ungleichmäßigkeil des Signals s(t) vor, und zwar entspricht Linienzug 41 einem ungleichmäßigen Garii, Linienzug 42 einem gleichmäßigeren Garn.

Betrachtet man nun ein stochastisches Signal, dem ein periodisches Signal überlagert ist, so bildet man wiederum die Funktion Q(v) für verschiedene Werte der Verschiebung t (Fig. 5). Für Worte τ<τ,, erhäii man wieder einen bestimmten, von r unabhängigen Wert der Funktion <?(r). Falls jedoch r = r,. oder allgemein τ - η ■ τ,, (η - I, 2,...), kommen jeweils die periodischen Anteile zur Deckung (Fig.6). Die beiden π Kurven sind sich jetzt einigermaßen ähnlich, was sich in einem kleinen Wert der Funktion Q (r) für dieses τ äußert. Damit erhäll man einen Verlauf der Funktion f~i if\ liftAprin Pi π 7rlo|.rrAcloll(icl

Aus der Lage insbesondere der ersten Einbuchtung 71 kann man die Periodenlänge des periodischen Anteils bestimmen. Der Wert Q\ ist ein Maß für die Ungleichmäßigkeit des Garns.

Um die Auswertung der Funktion Q (τ) bzw. R (τ) einfach vornehmen zu können, wird folgender Quotient gebildet:

^MZ - QiZ "^dcr RiZ

[5]

JO

Das heißt, man berechnet die Funktion Q (τ) im Bereich von ri bis τι, in welchen Perioden erwartet werden. Dann bildet man das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimalwert dieser Funktion in diesem Intervall. Diese Zahl ist ein Maß für die Stärke eines allfälligen periodischen Anteils im Garnsignal. Als Verhältniszahl ist sie unabhängig von der ursprünglichen Amplitude des Garnsignals. Versuche haben gezeigt und bestätigt, daß mit folgenden Werten für den Quotienten MZzu rechnen ist:

KA 7 ^ 1 12 fr·»- HOf¹Tl¹¹Os Cr°m

MZ > l,12fürperiodisehunregelmäßigesGam,

bei dessen Weiterverarbeitung die Bildung eines sogenannten »Moire-Effektes« wahrscheinlich ist.

Die bereits erwähnte Tatsache, daß die Größe der Ungleichmäßigkeit die Höhenlage des asymtotischen Astes der Linienzüge Q(r) (41,42 in Fi g.4) beeinflußt, wird ausgewertet durch die Beziehung

UZ =

(τ) d τ

[6]

50

55

Damit erhält man eine Größenangabe für die Ungleichmäßigkeit

Für die apparative Ausbildung bedeutet dies, daß die Funktion Q(τ) innerhalb des Verzögerungsintervalls «> (t2—ti) zu integrieren, bzw. deren Mittelwert zu bilden ist Dieser Wert UZ ist jedoch abhängig von der Amplitude des Garnsignals. Wenn eine Auswertung nach dieser Funktion vorgesehen ist, ist das Garnsignal durch eine Verstärkungsregelung mit einem Rcgelverstärker 85 auf einen vörgcgebenetl Pegel einzustellen. Zudem ist dafür zu sorgen, daß der Pegel des Garnsighals am Eingang eines Microcomputers 88 unabhängig ist vom mittleren Garnquerschnitt. Dies kann beispielsweise durch cih Einstcllorgan am Verstärker erfolgen, das einen Eihslcllkopf mit in tex-werlen geeichter Skala 90 aufweist, der bei Beginn der Messung auf den tcx-Weft des Prüfgarncs einzustellen ist.

F.in Beispiel der Vorrichtung wird anhand der Fig.8 näher eddutert.

Detektoren 81, 82, 83 ... befinden sich an den einzelnen Spinnstellcn und liefern in bekannter Weise Garnsignalc \(t). die dem Querschnitt bzw. Durchmesser des Garns entsprechen. Diese Garnsignale x(t) gelangen an einen Multiplexer 84. der sie in eine aufeinanderfolgende Reihe von Einzelwerten auflöst.

Dadurch V^ird erreicht. Haft Hin nnrhfnlcrpnrlp AiKworlP-cinrichtung für eine Vielzahl von Garnsignalen nur in einfacher Ausführung erforderlich ist. ohne daß durch die punktweise Abtastung der Meßwerte eine spürbare Verminderung der Meßgenauigkeit erkauft werden müßte. Auf den Multiplexer 84 folgt ein Rcgelverstärker 85, der je nach Größe des ankommenden Garnsignals x(t) seine Verstärkung verändert. Dieser Regelversfär ker 85 weist mit Vorteil ein in tex-Wertcn kalibriertes Einstel'hrgan 90 auf, mit welchem für verschiedene Garnnummern vergleichbare Eingangssignale an weitere Stufen übertragen werden können. Bei Verzicht auf bestimmte Auswerteaspekle kann der Regelverslärker 85 auch weggelassen werden.

Das derart vorbereitete Garnsignal x(t) gelangt nun über eine sogenannte »sample-and-holdw-Slufe 86 an einen Analog-Digitalwandler 87, der die zur Weiterverarbeitung im nachgeschalteten Microcomputer 88 benötigten Digitalsignale aus dem eintreffenden Garnsignal Abformt.

- Der Microcomputer 88 nimmt die vorstehend erwähnten Rechenoperationen aus den digitalen Eingangssignalen vor, d.h. er bildet die Funktion Q(τ), bestimmt deren Maximal- und Minimalwerte innerhalb eines Verschiebungsintervalls τι — τ\ und bildet aus diesen Werten den Quotienten MZ. Dieser Quotient MZ wird nun in einem ersten Komparator einem Bezugswert gegenübergestellt Oberschreitet dieser Quotient den Bezugswert, wird ein Fehlersignal an den Ausgang des Microcomputers gegeben, das in der Lage ist, nach Passieren eines mit dem Multiplexer 84 synchronisierten Demultiplexer 89 die betreffende Spinnstelle in geeigneter Weise zu beeinflussen. Dies kann brjpielsweise durch Signalgabe oder durch Abstellung der Spinnstelle erfolgen.

Diese Vorrichtung kann auch für die mindestens angenäherte Bestimmung der Ungleichmäßigkeit U verwendet werden, wenn im Microcomputer 88 eine Integratorstufe vorgesehen wird, die den Mittelwert der Funktion Q{t) über jeweils ein Verzögerungsintervall V₂-Ti bildet. Dieser Mittelwert kann in bekannter Weise angezeigt oder mit einem weiteren Bezugswert verglichen werden. In jedem Falle können wieder aufgrund eines Fehlersignals Schalt- bzw. Signaleinrichtungen ausgelöst werden, die die fehlerhaft arbeitende Spinnstelle lokalisieren.

Hierzu 2 blatt Zeichnungen

Claims

50 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Auswertung von Garnsignalen zum Erkennen zumindest angenähert periodischer Querschnittsschwankungen bei Offenend-Spinnmaschinen od. dgl, bei dem die Garnsignale mit Detektoren aus dem Querschnitt bzw. Durchmesser des Garns gewonnen, in Digitalsignale umgeformt und weiterverarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale zunächst um innerhalb eines Verzögerungsintervalls (τι — τι) liegende Zeitintervalle (v) verzögert werden, worauf aus dem ursprünglichen Garnsignal (x(l)) und den verzögerten Garnsignalen (x(t— v)) jeweils Absolutbeträge der Differenzen gebildet und diese über ein Zeitintervall (T) zu Funktionswerten (Q [v)) integriert werden (F i g. 4).

.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Vorhandensein mindestens angenähert periodischer Qusrschnittsschwankun gen im Garnsignal (x (t))em Quotient (MZ) aus den innerhalb eines Verzögerungsintervalls (r>-ri) gewonnenen Maximal- und Minimalwerten für den Funktionswert (Q(t)) gebildet und dieser Quotient mit einem ersten, einen zulässigen Wert darstellenden Bezugswert verglichen wird (F i g. 7).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Größe der Ungleichmäßigkeit des Garnsignals ein Mittelwert (UZ) der Funktion.würte (Q(r)) über ein Verzögerungsintervall (r> - Γι) gebildet und dieser Mittelwert (LJZ) mit einem weiteren, eine zulässige Ungleichmäßigkeit darstellenden Bezugswe/t verglichen wird (F i g. 7).

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Größe der Ungleichmäßigkeit des Garnsignals der Maximalwert (O(r)max) über ein Verzögerungsintervall {τ 2 — Γι) gebildet und dieser Maximalwert mit einem weiteren, eine zulässige Ungleichmäßigkeit darstellenden Bezugswert verglichen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen Analog/Digital-Wandler (87) /ur Umformung der Garnsignale (x(t)) in Digitalsignale, durch einen Mikrocomputer (88) zur laufenden Bildung der Funktionswerte (Q(τ)) in Form der Summe der Differenzen zwischen dem ursprünglichen Garnsignal (x(t)) und dem um ein Zeitintervall (r) verzögerten Garnsignal (x (t-τ) )(Fig. 8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen dem Mikrocomputer (88) vorgeschalteten Multiplexer (84).

7 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrocomputer (88) ein Demultiplexer (89) nachgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Regelverstärker (85) zur Aussteuerung eines konstanten F.ingangspegels für den Mikrocomputer^).