DE3331772A1 - Optische fadenrissueberwachungsvorrichtung - Google Patents

Optische fadenrissueberwachungsvorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Fadenrißüberwachungsvorrichtung für Tufting-Maschinen, bei denen eine Trägerbahn von unten einer Stachelwalze zugeführt und von dieser in eine •im wesentlichen horizontale Richtung umgelenkt wird, um unter einer Nadelreihe hindurchgeführt zu werden, welche zur Bildung von Tuftingware durch Auf- und Abgehen periodisch Fäden in die Trägerbahn einführt, unter Verwendung einer Laserstrahl-Abtastvorrichtung.
Optische Laser-Abtastvorrichtungen für die Überwachung ■ von Fehlern in Textilbahnen, Papierbahnen oder Metalloberflächen sind bekannt. Sie arbeiten im allgemeinen mit einer Laserlichtquelle, einer anschließenden Optik, einem umlaufenden Spiegelrad und einem streifenförmigen Hohlspiegel. Hierdurch wird ein parallel zu sich selbst in einer Ebene periodisch verschobener Fahrstrahl erzeugt, mit dem die Materialbahn abgetastet werden kann. Zum Empfang eines Fehlersignals kann das in den Sendestrahlengang von der Bahn zurückgestreute oder zurückreflektierte Licht verwendet werden, indem es z.B. im Anschluß an das Spiegelrad durch'einen Strahlenteiler herausgespiegelt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man das von jedem Retroreflektor in einem engen Winkelbereich ausgehende Streulicht nutzt. Dieses fällt auf dem Spiegelrad neben den Seridelichtstrahl, so daß durch geeignete Anordnung eines Auslenkspiegels das Empfangslicht' geometrisch.vom Sendelicht getrennt werden kann.
Bei Tuftingware-Herstellungsmaschinen besteht das Problem, daß in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Nadelreihe eine Laserstrahl-Abtastvorrichtung aus Platzgründen nicht angeordnet werden kann.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine optische FadenrißüberwachungsVorrichtung für Tuftingmaschinen zu schaffen
die an einer von der Nadelreihe entfernten, vom Standpunkt des Platzbedarfs ohne weiteres für die Unterbringung der Laserstrahl-Abtastvorrichtung zur Verfügung stehenden Stelle angeordnet werden kann, gleichwohl aber eine einwandfreie Fadenrißüberwachurig oder auch Nadelbruchkontrolle zuläßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindungvvor, daß bei geöffneten Nadeln unmittelbar unter und hinter den Nadelspitzen und unmittelbar über der Tuftingware ein schmaler retroreflektierender Streifen parallel zur Nadelreihe und im wesentlichen senkrecht zur Tuftingwarenoberflache angeordnet ist und daß vor der Stachelwalze die Laserstrahl-Abtästvorrichtung angeordnet ist, welche einen den retroreflektierenden Streifen periodisch abtastenden, im wesentlichen parallel zu dem sich zwischen der Stachelwalze und der Nadelreihe erstreckenden Teil der Trägerbahn und senkrecht zu dem retroreflektierenden Streifen verlaufenden Fahrstrahl· erzeugt -,und einen in Autokoilimation arbeitenden Lichtempfänger enthält, der an eine Fehierauswerteelektronik angeschlossen ist, die beim Ausbleiben eines durch die Nadeln bzw. die sich zwischen den Nadeln und der Trägerbahn erstreckenden Fäden bedingten Fahrstrahlunterbrechungssignals ein Fehlersignal abgibt.
Erfindungsgemäß wird also die Laserstrahl-Abtastvorrichtung in relativ großer Entfernung von der bezüglich des Fadenrisses zu überwachenden Nadelreihe angeordnet. Lediglich ein schmaler retrorefiektierender Streifen, z.B. aus Scotchlite wird vorzugsweise an der Stirnseite einer Niederhalteschiene in unmittelbarer Nähe der Nadelspitzen angeordnet. Dieser Streifen kann wegen seiner Schmalheit problemlos an der erforderlichen Stelle untergebracht werden.
Die Fehlerauswerteelektronik überwacht die sich durch die abgetasteten Nadeln bzw. Fäden gegebene Frequenz und stellt fest, wenn plötzlich ein Unterbrechungssignal wegen eines gebrochenen Fadens fehlt. Dies wird dann durch ein akustisches oder optisches Signal gemeldet. Das Signal kann die Maschine aber auch stillsetzen, falls dies erwünscht ist.
Eine besonders bevorzugte und platzsparende räumliche Anordnung wird erzielt, wenn die Laserstrahl-Abtastyorrichtung vor der Stachelwalze und im wesentlichen unter der Höhe der Nadelreihe vertikal angeordnet ist und daß ein im wesentlichen in Höhe und parallel zu der Nadelreihe angeordneter streifenförmiger Umlenkspiegel den im wesentlichen vertikal aus der Laserstrahl-Abtastvorrichtung austretenden Fahrstrahl in Richtung zum retroreflektierenden Streifen umlenkt. Auf diese Weise steht die Laserstrahl-Abtastvorrichtung kaum über die Stachelwalze nach ' oben vor.
Diese spezielle Anordnung der Laserstrahl-Abtastvorrichtung kann dazu ausgenutzt werden, daß sich vom oberen Ende der Laserstrahl-Abtastvorrichtung ein Schutzblech in Richtung der Nadelreihe über die Stachelwalze erstreckt. Das Schutzblech schützt sowohl die an der Oberseite der Laserstrahl-Abtastvorrichtung
gegen Berührungen .oder Schmutz vorgesehenen optischen Elemente /als auch die Bedienungsperson vor Verletzungen an der Stachelwalze.
Um Reparaturen an der Tuftingmaschine problemlos durchführen zu können, ist eine weitere Ausführungsform so ausgebildet, daß die Laserstrahl-Abtastvorrichtung an einem Schwenklager derart gelagert ist, daß sie um vorzugsweise 180 nach unten abschwenkbar ist. Auf diese Weise kann die Laserstrahl-Abtastvorrichtung problemlos aus den zu inspizierenden oder zu reparierenden Bereichen der Tuftingmaschine herausgeschwenkt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn kurz vor der Nadelreihe eine Zylinderlinse im Fahrstrahl angeordnet ist, die den Fahrstrahl im Bereich der Fäden fokussiert.
Dabei soll insbesondere vorgesehen sein, daß die Zylinderlinse· den Fahrstrahl gleichzeitig etwas in Richtung des retroreflektierenden Streifens abknickt. Vorzugsweise ist die Ausbildung so, daß der Fahrstrahl oberhalb der optischen Achse in die Zylinderlinse einfällt und die Zylinderlinse unten im Bereich der optischen Achse endet. Insbesondere soll die Fahrstrahlaustrittsfläche der Zylinderlinse im wesentlichen senkrecht zu dem abgeknickten Fahrstrahl angeordnet sein. Zweckmäßig ist, wenn die Zylinderlinse 20 bis 30, insbesondere etwa 25 mm vor der Nadelreihe angeordnet ist.
Auf diese Weise wird der Fahrstrahl im Bereich der Fäden fokussiert. ' Die Zylinderlinse kann entsprechend dem Fahrstrahl sehr schmal und wenig hoch ausgebildet sein, so daß sie durch ihre Anordnung kurz vor der Nadelreihe kaum stört.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zylinderlinse gleichzeitig als mechanischer Niederhalter für die Trägerbahn dient. Insbesondere ist diese Ausführungsform so ausgebildet, daß zwischen der unteren ebenen Fläche der Zylinderlinse und der Trägerbahn eine Metall- oder Kunststoffschiene angeordnet ist, an der die Zylinderlinse befestigt ist.
Erfindungsgemäß hat also die Zylinderlinse eine zweifache Funktion, nämlich einmal als optisches Konzentrationselement und zum anderen als mechanischer Niederhalter für die Trägerbahn. Hierdurch wird insbesondere ein Flattern oder sonstiges Auslenken der Trägerbahn unmittelbar vor der Nadelreihe vermieden, was der Gefahr von Fadenrissen entgegenwirkt und
auch die optische Feststellung von Fadenbrüchen begünstigt.
Schließlich ist es zweckmäßig, wenn der retroreflektierende Streifen an der Vorderkante einer Schiene befestigt ist, die sich unmittelbar über der Tuftingware zur Nadelreihe hin erstreckt und die Tuftingware zumindest im Bereich des retroreflektierenden Streifens von oben berührt und so führt. Auch diese Niederhalteschiene erfüllt somit eine zweifache Funktion als Niederhalter und als Träger für den retroreflektierenden Streifen.
Kurz vor und unmittelbar hinter der Nadelreihe befinden sich also mechanische niederhaltende Elemente, die gleichzeitig optische Elemente tragen und somit eine Funktion innerhalb der optischen Fadenrißüberwachungsvorrichtung erfüllen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Tuftingmaschine mit der optischen Fadenrißüberwachungsvorrichtung und
Figur 2 eine Schnittansicht nach Linie II-II in Fig. 1 .
Nach der Zeichnung wird eine Trägerbahn 16 von einer unten in Fig. 1 angeordnet zu denkenden Vorratsspule nach oben über eine Spannwalze 30 zu einer Stachelwalze 11.geführt, die die Trägerbahn 16 im wesentlichen in eine horizontale Richtung umlenkt. Die Trägerbahn 16 wird dann unter einer Nadelreihe 12 einer Tuftingmaschine 31 hindurchgeführt, welche aus jeweils zwei hintereinander versetzt angeordneten Reihen von Nadeln 13 bzw. 13' besteht. Die Nadeln sind in dieser Weise versetzt, um eine möglichst enge seitliche Nebeneinander-
anordnung zu ermöglichen.
Die Nadeln 13, 13' führen eine periodische Auf- und Abbewegung durch und stechen hierbei Fäden 20 in das Trägermaterial 16 ein, so daß schließlich die herzustellende Tuftingware 15 entsteht. Während des Herstellungsprozesses wird die Trägerbahn 16 bzw. die Tuftingware 15 in Richtung des ' · Pfeiles F kontinuierlich voranbewegt.
Unmittelbar unter und hinter den Nadeln ist ein retroreflektierender Streifen 14 z.B aus Scotschlite angeordnet. Er ist an der schmalen Stirnseite einer Niederhalteschiene 27 zumeist durch Kleben befestigt, welche nach Fig. 1 als Winkeleisen ausgebildet ist, das über eine Tragkonstruktion 32 an der Tuftingmaschine 31 in geeigneter Weise befestigt ist.
In einem Abstand von ca. 25 mm vor der Nadelreihe erstreckt sich über der Trägerbahn 16 eine relativ dünne Niederhalteschiene 26, die von oben mit der Trägerbahn 16 in mechanischer Berührung steht. Auf der Trägerschiene 26 ist eine Zylinderlinse 23 angeordnet, die.sich parallel zu der Nadelreihe 12 über deren gesamte Länge erstreckt.
Vor den Walzen 11, 30 ist vertikal eine Laser-Abtastvorrichtung 17 befestigt, die einen vertikalen Fahrstrahl 18' erzeugt, der in Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene eine periodische Abtastbewegung in einer Sichtung ausführt, 'Dies kann in bekannter Weise z.B. dadurch erfolgen, daß ein Laser 42 einen Sendelichtstrahl 33 gegebenenfalls über eine nicht dargestellte geeignete Optik auf ein Spiegelrad 3.4 lenkt, von dem das Licht in dem ebenfalls an sich bekannten Z-Strahlengang zu einem Streifenspiegel 35 gelangt, der den Strahl zu einem streifenförmigen Hohlspiegel 36 schickt,in dessen Brennpunkt sich die reflektierende Oberfläche des .Spiegelrades 34 befindet. Mit einem-Schwingspiegel statt des Spiegelrades 34 könnte eine Hin- und Herbewegung des Fahrstrahles 18" verwirklicht werden. Durch ein Lichtaustritts-
fenster 37 tritt der Fahrstrahl 18' senkrecht aus der Laserstrahl-Abtastvorrichtung 17 aus.
Unmittelbar oberhalb des Lichtaustrittsfensters 37 befindet sich ein 90 -Umlenkspiegel 21, welcher ebenfalls Streifenform (senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1) hat und mittels einer Halterung 38 an der Oberseite der Laserstrahl-Abtastvorrichtung 17 befestigt ist. ' ■ '
Der Umlenkspiegel 21 lenkt den vertikalen Fahrstrahl 18" in eine im wesentlichen horizontale Richtung ab.· Der so erzeugte Fahrstrahl 18 nähert sich in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise stetig und geringfügig der Trägerbahn 16, um schließlich in die Zylinderlinse 23 einzutreten. Die optische Achse 24 der Zylinderlinse befindet sich an deren unterem Ende im Grenzbereich zur Trägerschiene 26, wodurch der Fahrstrahl 18 nicht nur konzentriert, sondern auch in Richtung der Trägerbahn 16 etwas abgeknickt wird. Die brechenden Eigenschaften der Zylinderlinse 23" sind so gewählt, daß auf der Oberfläche des retroreflektierenden Streifens 14 ein schmaler Lichtfleck 28 erzeugt wird. Die Austrittsfläche 25 der Zylinderlinse 23 steht im wesentlichen senkrecht■ auf dem abgeknickten Fahrstrahl 18.
Bei umlaufendem Spiegelrad 34 führt der Abtastlichtfleck 28 eine periodische Linearbewegung auf dem retroreflektierenden Streifen 14 in Richtung des Pfeiles f in Fig. 2/ d.h." senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 aus. Durch die sich bei geöffneten Nadeln zwischen den Nadelspitzen und der Tuftingware15 erstreckenden Fäden 20 wird der Fahrstrahl 18 in regelmäßiger periodischer Folge unterbrochen.
Oberhalb der Laserstrahl-Abtastvorrichtung 17 ist an dieser ein Schutzblech 22 befestigt, welches das Lichtaustrittsfenster 37 und den streifenförmigen Umlenkspiegel 21 gegen Beschädigungen von außen schützt. Außerdem erstreckt sich das Schutzblech 22 bis über die Stachelwalze 11, so daß auch die Bedienungsperson vor Verletzungen an dieser Walze bewahrt ist.
Das retroreflektierende Material 14 reflektiert das auftreffende Licht im wesentlichen in sich selbst zum Umlenkspiegel 21 und schließlich zum Spiegelrad 34 zurück. Da das retroreflektierende Material 14 jedoch einen gewissen Streubereich hat, fällt das gestreute Licht auf dem Spiegelrad 34 nicht nur an die Stelle, wo das Sendelicht 33 auftrifft, sondern auch daneben. Dies ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien schematisch angedeutet. Indem man einen Äuslenkspiegel 39 neben dem Sendelichtstrahl 33 anordnet, kann dieser das vom Retroreflektor 14 zurückgestreute Licht empfangen und zu einem Lichtempfänger 19 lenken, welcher an eine schematisch angedeutete Fehlerauswerteelektronik 29 angeschlossen ist.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Laserstrahl-Abtastvorrichtung 17 um eine parallel zur Nadelreihe 12 verlaufende Achse schwenkbar an einem Schwenklager 40 gelagert, so daß sie in Richtung des Pfeiles W um 180 nach.unten geklappt werden kann. Hierdurch können die Walzen 11, 30 und sonstige Teile der Tuftingmaschine im Bedarfsfall zugänglich gemacht werden.
Die Fehlerauswerteelektronik 29 überwacht die beim Abtasten der Nadelreihe 12 bzw. der Fäden 20 erzeugte Frequenz und gibt ein Fehlersignal dann ab, wenn ein Faden 20 gebrochen ist und dadurch ein Unterbrechungssignal an dieser Stelle ausbleibt.
Da der Durchlaß zwischen der Tuftingware 15 und den Spitzen der geöffneten Nadeln 13, 13' nur wenige Millimeter beträgt, ist auch der retroreflektierende Streifen 14 nur wenige Millimeter breit.

Claims (14)

  1. Patentansprüche :
    \ 1/ Optische Fadenrißüberwachungsvorrichtung für Tufting-Maschinen, bei denen eine Trägerbahn von unten einer Stachelwalze zugeführt und von dieser in eine im wesentlichen horizontale Richtung umgelenkt wird, um unter einer Nadelreihe hindurchgeführt zu werden, welche zur Bildung von Tuftingware durch Auf- und Abgehen .periodisch Fäden in die Trägerbahn einführt, unter Verwendung einer Lasers tr ahl-Abtastvorrichtu'ng, dadurch g e kennz eichnet, daß bei geöffneten Nadeln (13) unmittelbar unter und hinter den Nadelspitzen und unmittelbar über
    vorzugsweise
    der Tuftingware (15) ein/schmaler retroreflektierender Streifen
    (14) parallel zur Nadelreihe (12) und im wesentlichen senkrecht zur Tuftingwarenoberfläche angeordnet ist und daß vor der Stachelwalze (11) die Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) angeordnet ist, welche einen den retroreflektierenden Streifen (14) periodisch abtastenden, im wesentlichen parallel zu dem sich zwischen der Stachelwalze (11) und der Nadelreihe (12)
    erstreckenden Teil der Trägerbahn (16) und senkrecht zu dem retroreflektierenden Streifen (14) verlaufenden Fahrstrahl (18) erzeugt und einen in Autokollimation arbeitenden Lichtempfanger (19) enthält, der an eine Fehlerauswerteelektronik (29) angeschlossen ist, die beim Ausbleiben eines durch die Nadeln (13). bzw. die sich zwischen den Nadeln (13) und der Trägerbahn (16) erstreckenden Fäden (20) bedingten Fahrstrahlunterbrechungssignals ein Fehlersignal abgibt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Laserstrahlabtastvorrichtung (17) vor der Stachelwalze (11) und im wesentlichen unter der Höhe der Nadelreihe (12) vertikal angeordnet ist und daß ein im wesentlichen in Höhe und parallel zu der Nadelreihe (12) angeordneter streifenförmiger Umlenkspiegel (21) den im wesentlichen -vertikal aus der Laserstrahlabtastvorrichtung austretenden Fahrstrahl (181) in Richtung zum retroreflektierenden Streifen (14) umlenkt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich vom oberen Ende der Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) ein Schutzblech (22) in Richtung der Nadelreihe (12) über die Stachelwalze (11) erstreckt.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) an einem Schwenklager (40) derart gelagert ist,
    ist.
    ist, daß sie um vorzugsweise 180 nach unten abschwenkbar
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor der Nadelreihe (12) eine Zylinderlinse (23) im Fahrstrahl (18) angeordnet ist,
    die den Fahrstrahl (18) kurz vor der'Nadelreihe (12), insbesondere unter der Nadeireihe (12) oder kurz hinter der Nadeireihe (12) fokussiert.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (23) den Fahrstrahl·(18) gleichzeitig etwas in Richtung des retroreflektierenden Streifens (14) abknickt. . -
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichn e t, daß der Fahrstrahl (18) oberhalb der optischen Achse (24) in die Zylinderlinse (23) einfällt und die Zylinderlinse (23) unten im Bereich der optischen Achse (24) endet.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennz eichnet, daß die Fahrstrahlaustrittsflache (25) der Zylinderlinse (23) im wesentlichen senkrecht zu dem abgeknickten Fahrstrahl (18) angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennz eichnet, daß die Zylinderlinse (23) 20 bis 30, insbesondere etwa 25 mm vor der Nadelreihe (12) angeordnet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche. 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (23) gleichzeitig als mechanischer Niederhalter für die Trägerbahn (16) dient.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren ebenen Fläche der Zylinderlinse (23) und der Trägerbahn (16) eine Metall- oder Kunststoff schiene (26) angeordnet ist, an der die Zylinderlinse (23) befestigt ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der retroreflektierenden Streifen (14) an der Vorderkante einer Schiene (27) befestigt ist, die sich unmittelbar, über der Tuftingware (15) zur Nadelreihe hin erstreckt und die Tuftingware zumindest im Bereich des retroreflektierenden Streifens (14) von oben berührt und so führt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß sich an der Oberseite des Gehäuses der Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) ein streifenförmiges Lichtaustrittsfenster (37) befindet, oberhalb dessen sich der Umlenkspiegel (21) parallel zu dem Lichtaustrittsfenster (37) und vorzugsweise geschützt durch das Schutzblech (22) befindet.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß zur geschützten Unterbringung der Umlenkspiegel (21) sich innerhalb des Gehäuses der Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) befindet, und ein stufenförmiges Lichtaustrittsfenster in Richtung der Nadelreihe (12) seitlich im oberen Endbereich des Gehäuses der Laserstrahl-Abtastvorrichtung (17) vorgesehen ist.
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