DE3234330C2

DE3234330C2 -

Info

Publication number: DE3234330C2
Application number: DE3234330A
Authority: DE
Inventors: Rolf Egg Ch Gloeckner; Hansruedi Dietlikon Ch Stutz
Original assignee: Loepfe AG Gebrueder
Current assignee: Loepfe AG Gebrueder
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3234330A1; JPS58131501A; CH655571B; FR2513754A1; US4511253A; JPH0429003B2; FR2513754B1; IT1152838B; IT8223519A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Querdimension eines laufenden Fadens mit Hilfe eines Arrays von Bildsensoren, deren Signalzustand die Verteilung des vom Fa den beeinflußten Lichts einer Lichtquelle repräsentiert, wobei durch Abfragen der Bildsensoren mit Hilfe eines Clock-Generators in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein Abfragesignal in Form einer Impulsserie erzeugt wird.

Als "Faden" sollen hier allgemein fadenartige und endlose Gebilde textiler und nicht textiler Art verstanden werden, z. B. Monofila mente, Garne, Glasfasern, Drähte und dergleichen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 29 49 303 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Querdimension eines längsbewegten fadenartigen Gebildes mit Hilfe eines Arrays lichtempfindlicher Sensoren beschrieben, wobei durch Abfragen des Signalzustands des Arrays in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein serielles Abfragesignal erzeugt wird. Es wird dabei durch besondere Maßnahmen die Aufgabe gelöst, insbesondere bei ungleichmäßiger Verschmutzung des optischen Meßfelds das Grundsignal und damit dessen die Messung fälschenden Änderungen zu unterdrücken. Als Grundsignal ist dabei das ohne Faden im Meß feld gebildete Abfragesignal zu verstehen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zielt nun nicht auf die Eliminierung des Grundsignals ab, sondern auf die Unterdrückung der Wirkung aller langsamen, langzeitlichen Ände rungen der Meßvorrichtung, wie Abnahme der Intensität der Licht quelle, Verstaubung des Meßfelds, Abnahme der Empfindlichkeit der Sensoren des Arrays und des normalerweise daran angeschlossenen Verstärkers.

Es sind schon Vorschläge bekanntgeworden, um derartige Änderungen zu kompensieren. Hierzu gehört auch, daß in der DE-OS 31 29 890 beschriebene Verfahren zur Durch messung von strangförmigem Gut, z. B. Kabeladern, zu sammen mit der dort offenbarten Auswerteschaltung. Diese DE-OS geht jedoch bezüglich des hier vorliegenden Er findungsgegenstandes nicht über den betreffenden allge meinen Stand der Technik hinaus.

Die vorstehend genannte Aufgabe, wird nach der vorliegenden Erfindung mit dem im kennzeichnenden Teil des Patentan spruches 1 genannten Merkmalen gelöst. Dabei ist eine Regelschaltung vorgesehen, die entweder ein Schwellwert glied oder einen regelbaren Verstärker steuert und so unabhängig von der Lichtquelle und dem optischen Strahlen gang eine alterung- und umwelteinflußunabhängige Auswertung bzw. Abtastung des Fadens ermöglicht. Es werden daher auch die Einflüsse des optischen Strahlenganges direkter und besser ausgeschaltet.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Meßvorrichtung beispiels weise anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Meßvorrichtung mit daran angeschlossenem analog arbeitenden elektronischen Fadenreiniger im Blockschaltbild;

Fig. 2 in der Meßvorrichtung erzeugte Impulse zur Verdeutlichung der Arbeitsweise derselben;

Fig. 3 den Aufbau eines der in Fig. 1 vorgesehenen Schaltkreise;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Meßvorrichtung mit ange schlossenem digital arbeitenden Fadenreiniger.

Gemäß Fig. 1 besteht die Meßvorrichtung 1 bis 9 aus einer opto elektronischen Vorrichtung 1 bis 3 und einer Auswerteschaltung 4 bis 9. Die optoelektronische Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle 1, die gerichtetes Licht erzeugt, einen Clock-Generator 2 und ein lineares Array 3 von Halbleiter-Bildsensoren, das sind vorzugs weise Photodioden oder ladungsgekoppelte Elemente (CCD = charge coupled device). Die gestrichelten Linien zwischen der Licht quelle 1 und den Enden des Arrays 3 schließen das Meßfeld M ein, in dem sich ein im Querschnitt angedeuteter Faden F befindet.

Das lineare Array 3 enthält beispielsweise 256 Sensoren, zu deren Abfragung in periodisch aufeinanderfolgenden Abfragezyklen der Clock-Generator 2 jeweils 256 Clockimpulse pro Zyklus erzeugt. In der ersten Zeile der Fig. 2 sind bei 2A neun der Clockimpulse schematisch wiedergegeben.

An das Array 3 ist die Auswerteschaltung 4 bis 9 und an diese der Fadenreiniger 10, 11 angeschlossen. Die Auswerteschaltung besteht aus einem Meßkanal mit den Komponenten 4 bis 7 und 9 sowie einer Regelschleife mit einem Integrator 8.

Der Meßkanal bildet eine Serienschaltung eines Verstärkers 4, eines steuerbaren Impulsgebers 5 mit Schwellwertansprache, zum Beispiel eines Schmitt-Triggers, eines UND-Glieds 6 mit einem ersten Eingang A und einem zweiten negierten Eingang B, eines elektronischen Zählers 7 und eines Digital-Analogwandlers 9. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 5 ist an den zweiten negierten Ein gang B des UND-Glieds 6 angeschlossen, dessen erster Eingang A mit dem Clock-Generator 2 verbunden ist. Parallel zum Schmitt- Trigger 5 ist an den Ausgang des Verstärkers 4 ein Integrator 8 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Steuereingang C 5 des Schmitt-Triggers 5 verbunden ist.

An den Digital-Analogwandler 9 ist die Elektronik 10 eines analog arbeitenden elektronischen Fadenreinigers und an diese eine Trenn vorrichtung 11 angeschlossen. Die Elektronik 10 und die Trennvor richtung 11 können in unterschiedlicher Art und in bekannter Weise aufgebaut sein. Sie sind hier der Einfachheit halber nur schema tisch dargestellt.

Nun soll anhand der Fig. 2 die Arbeitsweise der in Fig. 1 darge stellten Meßvorrichtung erläutert werden. Wie bereits gesagt, liefert der Clock-Generator 2 in jedem Abfragezyklus eine Impuls serie der bei 2A dargestellten Form. Ohne Faden und ohne Verschmut zung im Meßfeld M erscheint eine entsprechende Serie von Impulsen mit annähernd gleicher Amplitude auch am Ausgang des Arrays 3 und des Verstärkers 4. Die zweite Zeile der Fig. 2 zeigt eine Folge oder Sequenz 4 A von Sensorimpulsen unterschiedlicher Amplitude, wie sie bei eingelegtem Faden F am Ausgang des Arrays 3 und des Verstärkers 4 auftritt. Die hohen Impulse oder "Hellimpulse" zeigen einen beleuchteten, die niedrigen Impulse oder "Dunkel impulse" einen durch den Faden F abgeschatteten Bildsensor an. Hier sind zum Beispiel nur drei Sensoren verdunkelt. Die ge strichelte horizontale Linie S repräsentiert die Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers 5.

Bei 5 A ist das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 5 dargestellt. Dabei entspricht jedem hohen Impuls der Folge 4 A, der die An sprechschwelle S übersteigt, ein Ausgangsimpuls konstanter Höhe, während die niedrigen Impulse der Folge 4 A unterdrückt werden.

Das UND-Glied 6 liefert nun ein Ausgangssignal 6 A, welches allein die abgedunkelten Sensoren, in diesem Falle drei, wiedergibt. Diese Zahl wird im elektronischen Zähler 7 gezählt; das digitale Ausgangssignal des Zählers 7 wird im Digital-Analogwandler 9 in ein analoges Signal übergeführt, dessen Wert den Durchmesser des Fadens F repräsentiert.

Das analoge Signal wird in bekannter Weise in der Elektronik 10 weiterverarbeitet. Die Trennvorrichtung 11 tritt nur dann in Funk tion, wenn das in Fig. 2 bei 6 A dargestellte Signal oder das Aus gangssignal des elektronischen Zählers 7 einen bestimmten vorein gestellten Schwellenwert überschreitet.

Der Integrator 8 ist so ausgebildet, daß er den vorzugsweise arithmetischen Mittelwert aus den Amplituden der vom Verstärker 4 gelieferten Impulse über eine größere Anzahl aufeinanderfol gender Abfragezyklen bildet. Ganz allgemein, das heißt bei be liebiger Verwendung der Meßvorrichtung, soll die Anzahl dieser Zyklen zwecks Erzeugung eines sicheren Mittelwerts mindestens zehn betragen.

Der Integrator 8 bildet also aus dem Ausgangssignal 4 A des Ver stärkers 4 ein Mittelwertsignal, dessen Höhe von den Amplituden aller Sensorimpulse, also auch vom Durchmesser des eingelegten Fadens und gegebenenfalls von der Verschmutzung des Meßfelds M abhängt. Das Mittelwertsignal ist umso kleiner, je stärker die Verschmutzung und je größer der Durchmesser des Fadens ist. Dieses Mittelwertsignal kommt über den Steuereingang C 5 zur Ein wirkung auf den Schmitt-Trigger 5. Dadurch wird die Ansprech schwelle S des Schmitt-Triggers 5 so gesteuert, daß sie gleich sinnig mit der auf das Array 3 fallenden Lichtmenge zu- oder ab nimmt. Zum Beispiel wird bei starker Verschmutzung diese Licht menge geringer; diese Abnahme wird durch die Wirkung des Inte grators 8 dadurch kompensiert, daß die Ansprechschwelle S des Schmitt-Triggers 5 herabgesetzt oder anders ausgedrückt seine Ansprechempfindlichkeit erhöht wird. Diese Ansprechempfindlich keit wird also gegensinnig zur Größe des langzeitig gemittel ten Ausgangssignals des Arrays 3 geregelt.

Bei Verwendung der Meßvorrichtung 1 bis 9 zusammen mit einem Fadenreiniger 10, 11 an einer automatischen Spulmaschine muß die Zeitkonstante des Integrators 8 so bemessen werden, daß durch Garnfehler verursachte Schwankungen des Durchmessers des Fadens F keinen merklichen Einfluß auf die Regelung haben. Es ergeben sich in diesem Falle Zeitkonstanten, die normalerweise erheblich größer sind als der zehnfache Wert der Abfrageperiode.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Integrators 8 mit einem Operationsverstärker OP. Dessen Ausgang ist in bekannter Weise durch einen Kondensator C ₁ auf den negativen Eingang des Operationsverstärkers OP gegengekoppelt. Der Eingangswiderstand R ₁ bestimmt zusammen mit dem Kondensator C ₁ und dem Verstärkungs faktor v die Zeitkonstante τ = v · R ₁ · C ₁. Der zum Kondensator C ₁ parallel geschaltete Widerstand R ₂ hat einen hohen Widerstands wert und verhindert das Aussteuern des Operationsverstärkers OP in die Sättigung.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Meßvorrichtung, wobei gleich wirkende Komponenten mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Komponenten mit ähnlicher, jedoch mo difizierter Funktion sind mit den gleichen, jedoch zusätzlich mit einem Index versehenen Bezugsziffern, zum Beispiel 4-1, bezeich net.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 bis 3 entspricht der in Fig. 1 dargestellten.

An das Array 3 ist ein Verstärker 4-1 mit regelbarer Verstärkung angeschlossen. Die Regelschleife verläuft hier vom Ausgang des Ver stärkers 4-1 über einen Tiefpaß 8-1 mit großer Zeitkonstante und einen Operationsverstärker 8-2 zu einem Steuereingang C 4 des Ver stärkers 4-1. Anstelle des Tiefpasses 8-1 könnte hier wie in Fig. 1 auch ein Integrator 8 eingesetzt werden.

Während in Fig. 1 die Regelschleife mit dem Integrator 8 eine "Vorwärtsregelung" mit Angriff am Schmitt-Trigger 5 bewirkt, ist gemäß Fig. 4 eine "Rückwärtsregelung" mit Angriff am Verstärker 4-1 vorgesehen. Der Schwellwert des Schmitt-Triggers 5-1 ist da bei fest eingestellt.

Der Ausgang des Tiefpasses 8-1 ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 8-2 verbunden. Ferner ist zwischen einen Schwellwertausgang S 5 des Schmitt-Triggers 5-1 und den positiven Eingang des Operationsverstärkers 8-2 ein Verstärker 8-3 ge schaltet. Der Schwellwertausgang S 5 führt eine Spannung, die dem Schwellwert des Schmitt-Triggers 5-1 entspricht. Diese Span nung wird im Verstärker 8-3 um ein mehrfaches, zum Beispiel das zweifache, verstärkt. Demgemäß spricht der Operationsverstärker 8-2 an, wenn das Ausgangssignal des Tiefpasses 8-1 das zweifache des Schwellwerts des Schmitt-Triggers 5-1 übersteigt, und be wirkt in diesem Falle eine Herabsetzung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 4-1.

Das UND-Glied 6 und der elektronische Zähler 7 sind wieder ent sprechend geschaltet wie in Fig. 1. Jedoch ist der Ausgang des Zählers 7 direkt mit dem Eingang der digital arbeitenden Elek tronik 10-1 des Fadenreinigers verbunden.

Das Impulsschema der Fig. 2 kann auch hier bei sinngemäßer Deu tung der Darstellung in der zweiten Zeile bei 4 A zur Erläuterung der Arbeitsweise der Meßvorrichtung der Fig. 4 dienen. Wie ge sagt, ist bei der in dieser Figur dargestellten Anordnung die Ansprechschwelle S des Schmitt-Triggers 5-1 fest eingestellt, und durch die Regelung mittels des Tiefpasses 8-1 und des Opera tionsverstärkers 8-2 wird mit der in Fig. 4 dargestellten Schal tung die Amplitude der verstärkten Sensorimpulse 4 A beeinflußt.

Man kann das Ergebnis der Regelschleifen, die jeweils einen Mit telwert bildenden Integrator 8 bzw. 8-1 enthalten, auch so formu lieren, daß beim langzeitigen oder langsamen Nachlassen des Aus gangssignals des Verstärkers 4 bzw. 4-1 das Verhältnis der mitt leren Amplitude der vom Verstärker 4 bzw. 4-1 gelieferten Impulse zur Höhe des Schwellwerts des Schmitt-Triggers 5 bzw. 5-1 erhalten bleibt. Dadurch wird sichergestellt, daß die Dunkelimpulse auch beim Nachlassen der Empfindlichkeit des Arrays 3 durch Staub, Ver schmutzung oder Alterung der Sensoren mit Sicherheit von den Hell impulsen unterschieden werden können.

Claims

1. Meßvorrichtung zur Bestimmung der Querdimension eines laufenden Fadens mit Hilfe eines Arrays von Bildsensoren, deren Signalzustand die Verteilung des vom Faden be einflußten Lichtes einer Lichtquelle repräsentiert, wobei durch Abfragen der Bildsensoren mit Hilfe eines Clock-Generators in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils ein Abfragesignal in Form einer Impulsserie erzeugt wird, wobei dieses in einem Verstärker verstärkt und wenigstens einem Schaltkreis mit Schwellwertansprache zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise (4, 5, 4-1, 5-1) mit Schwellwertansprache mit Hilfe einer Regelschleife (8, 8-1, 8-2, 8-3) gegen sinnig zur Größe des langzeitig gemittelten Ausgangs signals des Arrays (3) zur Regelung der Ansprechempfind lichkeit regelbar sind.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfrageschaltkreis einen Verstärker (4, 4-1) ein mit diesem in Serie geschalteten Schwellwertglied (5, 5-1), ein an deren Ausgang liegendes und von der Clock (2) angesteuertes UND-Glied (6), sowie einen am Aus gang denselben liegenden Zähler (7) aufweist, deren Aus gang mit einem zu steuernden Verarbeitungsgerät (10, 10-1) verbunden ist und daß das Schwellwertglied (5, 5-1) an einem Regelglied (8; 8-1, 8-2, 8-3) liegt.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied ein Mittelwertbildner ist, der wenig stens aus 10 Impulsen den Mittelwert bildet und das regelbare Schwellwertglied (5) ansteuert.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein regelbarer Verstärker (4-1) ist und das Regelglied einen Tiefpaß (8-1) aufweist und mit diesem am regelbaren Verstärker (4-1) liegt, wobei an dem Tiefpaß (8-1) ein Operationsverstärker (8-2) mit seinem einen Eingang angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang an einem Verstärker (8-3), der am Schwellwert ausgang (S 5) eines Schmitt-Triggers (5-1) mit fest ein gestellter Ansprechschwelle der Auswerteschaltung liegt, angekoppelt ist und daß der Ausgang des Operationsver stärkers (8-2) den regelbaren Verstärker (4-1) an steuert.