DE3628654A1 - Verfahren zur bestimmung der drehung eines zwirns - Google Patents

Description

Es sind Verfahren zur Bestimmung der Drehung eines Zwirns bekannt, bei denen ein Stück vorgegebener Länge eines Zwirns vollständig aufgedreht wird und die An­ zahl der zum vollständigen Aufdrehen notwendigen Drehungen gezählt wird. Bei diesem bekannten Verfahren bereitet im allgemeinen das Festlegen der letzten, zum vollständigen Aufdrehen notwendigen Drehungen Schwierigkeiten und kann nur mit Hilfe manuell geführ­ ter Stahlnadeln durchgeführt werden, mit denen die Komponenten des Zwirns getrennt werden.

Es ist weiterhin bereits eine Einrichtung zum Aufdre­ hen eines Zwirns bekannt (DE-OS 33 45 403), bei der es möglich ist, das vollständige Aufdrehen eines Zwirns auf dem vorgegebenen Längenabschnitt zu bewirken, ohne daß die Verlängerung gemessen oder das Festlegen der letzten aufzudrehenden Drehungen manuell durchgeführt werden muß.

Bei dieser bekannten Einrichtung kann bereits mit optischen Methoden festgestellt werden, ob an dem aufzudrehenden Zwirn noch eine Drehbewegung stattfin­ det.

Die bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Be­ stimmung der Drehung eines Zwirns haben den Nachteil, daß die Bestimmung der Drehung ein diskontinuierlich ablaufender Vorgang in Verbindung mit einem zerstö­ renden Test ist. Aus diesem Grunde sind die bekannten Verfahren nicht automatisierbar und zur laufenden Kontrolle der Drehung eines Zwirns nicht geeignet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand darin, ein Verfahren zur Bestimmung der Drehung eines Zwirns zu schaffen, bei dem der Zwirn nicht aufgedreht zu werden braucht, das also zerstörungsfrei arbeitet, leicht automatisierbar ist und auch eine Kontrolle der Drehung eines Zwirns am laufenden Zwirn gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Patentanspruch 4 beschrieben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Zwirn kann definiert werden als komplexes Garn, das aus zwei oder mehreren Einfachgarnen durch Drehung und/oder Umwindung umeinander in der Weise zusammen­ gesetzt ist, daß innerhalb des Zwirns die einzelnen Garnstränge ihre Individualität behalten und die Drehung der Einzelfasern innerhalb eines jeden Stranges deutlich unterschiedlich ist gegenüber der Drehung oder Umwindung der Stränge umeinander.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Zwirn im Sinne der obigen Definition sich durch eine prononcierte periodische Struktur längs der Zwirnachse auszeichnet. Diese periodische Struktur steht im engen Zusammenhang mit der Zwirndrehung. Im Normalfall ent­ spricht die Grundperiode dieser periodischen Struktur der halben Zwirnwellenlänge, so daß bei einer Ab­ tastung der periodischen Struktur eine Aussage über die Drehung des Zwirns gewonnen werden kann.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Zwirnstruktur mittels verschiedener physika­ lischer Effekte auf ihre Periodizität abgetastet wer­ den. So kann beispielsweise die Variation der Zwirn­ dicke selbst mechanisch abgetastet werden, es kann aber auch, und dies dürfte besonders vorteilhaft sein, eine optische Abtastung vorgenommen werden, indem die Variation eines Schattenrisses bzw. der Rückstreuung an einem beleuchteten Zwirn bestimmt wird. Es sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher mechanische und optische Abtastvorrichtungen geeignet.

Um besonders gut auswertbare Ausgangssignale an der Abtastvorrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung zu erhalten, ist es, wie weiter unten näher erläutert, zweckmäßig, wenn die sich in Längsrichtung erstrecken­ de Ausdehnung des Abtastorgans deutlich kleiner ist als die Hälfte der kleinsten zu bestimmenden Zwirn­ periode. Analog dazu sollte die zeitliche Auflösung der Abtastvorrichtung deutlich kürzer sein als die halbe Durchlaufzeit der kleinsten zu bestimmenden Zwirnperiode.

Die Auswertung des Meßergebnisses, also die Verarbei­ tung des Ausgangssignales der Abtastvorrichtung, das im allgemeinen als eine zeitlich periodische Folge von Maxima und Minima einer elektrischen Spannung vor­ liegt, kann in entsprechenden elektronischen Auswerte­ einrichtungen fortlaufend erfolgen. Dabei kann die Auswertung in verschiedener Weise erfolgen. So kann beispielsweise der zeitliche Abstand der Maxima, der Minima, der Nulldurchgänge oder auch der steilsten Intensitätsänderungen des Ausgangssignals ausgewertet werden. Ebenso können die Breiten der Maxima oder Minima klassifiziert werden. Anschließend können diese Werte, die ein direktes Maß für die halbe Zwirnwellen­ länge sind, über ein längeres Zeitintervall gemittelt werden. Diese Art einer direkten Auswertung bietet sich an, wenn eine klar definierte Zwirnstruktur aus dicht gepackten, glatten Einfachgarnkomponenten vor­ liegt. Im Falle stark verrauschter Signale, wie sie von sehr haarigen Stapelfaserzwirnen erzeugt werden, empfiehlt es sich, das Ausgangssignal der Abtastvor­ richtung einer Analyse zu unterwerfen, in dem bei­ spielsweise entweder durchstimmbare schmalbandige Frequenzfilter angewendet werden, oder die aufgenomme­ nen Signale periodisch zwischengespeichert werden und dann Operationen der Autokorrelation und/oder der Fourier-Transformation unterzogen werden.

Durch eine Steuereinrichtung werden zweckmäßig Beginn und Ende der Auswertung festgelegt, die Transportge­ schwindigkeit des Zwirns mit der Auswertung der Ab­ tastungssignale verknüpft und eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Ergebnisse angesteuert.

Die Anzeige kann optisch oder graphisch mit einem Schreiber oder auch als Druckerausgabe erfolgen. Sie kann in Anlehnung an übliche konventionelle Meßproze­ duren als Ausgabe der Drehung eines jeden 500 mm langen Zwirnstückes erfolgen, mit anschließender Aus­ gabe von auf die Prüfungslänge bezogenem Mittelwert und Streuung für eine vorgegebene Anzahl dieser Prüf­ längen. Ebensogut kann für ein längeres Zwirnstück die Angabe eines gleitenden Mittelwertes der Drehung bezogen auf eine vorgegebene Standardlänge erfolgen.

Verschiedene Anwendungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind möglich. So kann die Einrichtung als stationäres Laborgerät für die Prüfung von Zwirn ab Spulen oder Strang ausgebildet sein. Sie kann aber auch als mobiles Gerät für die Produktionskontrolle zur momentanen Überprüfung einer Zwirnstelle ausge­ bildet sein, wobei die Einrichtung ohne Transportein­ richtung für den Zwirn ausgebildet ist und in den Zwirnlauf hineingehalten wird. Schließlich ist auch eine Ausbildung als stationäre, in eine Produktions­ maschine an jeder Zwirnstelle eingebaute Überwachungs­ einrichtung möglich, wobei die Auswertung von an ver­ schiedenen Punkten vorgekommenen Messungen kollektiv erfolgen kann. All diese Anwendungen waren bei Ein­ richtungen, die nach den bekannten Verfahren zur Be­ stimmung der Drehung eines Zwirns arbeiten, nicht durchführbar.

Weiterhin sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung in einer erweiterten Auf­ gabenstellung auch zur Qualitätskontrolle von kablier­ ten technischen Zwirnen z. B. Reifencord anwendbar, bei denen es auf hochgenaue Längengleichheit der einzelnen Zwirnkomponenten ankommt.

Ein Zweifachzwirn mit ungleichen Längen der beiden konstituierenden Einfachgarne zeichnet sich dadurch aus, daß pro Zwirnperiode der längere Faden stärkere seitliche Ausbuchtungen zeigt als der kurze Faden, der im wesentlichen nahe der Zwirnachse verläuft. Diese seitlichen Ausbuchtungen führen dazu, daß bei der Ab­ tastung der Zwirnstruktur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Ausgangssignal der Abtastvorrichtung pro Zwirnperiode nicht zwei gleichartige Amplituden­ schwankungen auftreten sondern jeweils eine stärkere und eine schwächere Amplitude. Das Ausgangssignal ent­ hält daher nicht nur die Grundfrequenz, die der halben Zwirnperiode entspricht, sondern, zusätzlich eine erste Subharmonische, die der einfachen Zwirnperiode entspricht. Die Intensität dieser Subharmonischen ist ein Maß für die Längendifferenz der Zwirnkomponenten.

Bei dieser Kontrolle ändert sich am Abtastungsvorgang des Zwirns nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nichts. Lediglich bei der Auswertung des Ausgangs­ signals ist zusätzlich auf die Abfolge stärkerer und schwächerer Maxima zu achten. Dies kann durch eine entsprechende Ergänzung der Auswerteeinrichtung durch­ geführt werden, beispielsweise mit Hilfe von Schwell­ wertdetektoren, durch Klassifikation der Maximabreite in zwei deutlich unterschiedliche Klassengruppen, oder auch indirekt durch eine Spektrumsanalyse, wobei das Auftreten der Subharmonischen der Grundfrequenz das charakteristische Fehlersignal ist. Besonders einfach durchführbar ist die Detektion der Subharmonischen mit Hilfe eines abgestimmten Schmalbandfilters.

Mit einer derart entsprechend ergänzten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine Quali­ tätskontrolle bei kablierten technischen Zwirnen z. B. Reifencord möglich, wobei die auszugebenden Meßwerte vorzugsweise aus dem Mittelwert der Drehung pro Prüf­ länge, der mittleren Streuung der Drehung pro Prüf­ länge und der relativen auf das Signal der Grundfre­ quenz bezogenen Intensität des Tastsignals bei der halben Grundfrequenz bestehen können.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Ver­ fahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in stark vergrößerter Darstellung einen Ab­ schnitt eines Zwirns bei gleicher Länge der Zwirnkomponenten;

Fig. 2 in einer Darstellung analog Fig. 1 einen Zwirn bei ungleicher Länge der beiden Zwirn­ komponenten;

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Drehung eines Zwirns;

Fig. 4 in graphischer Darstellung den Intensitäts­ verlauf des Ausgangssignals der Abtastvor­ richtung bei einem praktischen Ausführungs­ beispiel des Verfahrens;

Fig. 5 in graphischer Darstellung den Intensitäts­ verlauf der analysierten Signalkomponenten.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in einer schematisierten Darstellung die Strukur eines Zwirns, wobei in Fig. 1 der Zwirn Z 1 aus den beiden Garnkomponenten 1 und 2 besteht, die gleiche Länge aufweisen. Man erkennt, daß die Grundfrequenz der Strukturänderungen längs der Garnachse die halbe Wellenlänge der Zwirnperiode auf­ weist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zwirn Z 2 weist die Garnkomponente 3 eine größere Länge auf als die Garn­ komponente 4, was zu erkennbaren Ausbuchtungen 3 a an der Oberfläche des Zwirns führt. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen, weisen beide Zwirne Z 1 und Z 2 in Längsrichtung L eine ausgeprägte, periodische Struktur auf, die mit der Drehung des Zwirns zusammenhängt. Die Periode dieser Drehung ist beim Zwirn Z 1 mit P 1 und beim Zwirn Z 2 mit P 2 bezeichnet.

Dies eröffnet die Möglichkeit, mit einer Abtastvor­ richtung, die beispielsweise die Zwirnstruktur an der in den Fig. 1 und 2 oberen Seite des Zwirnes ab­ tastet, die Drehung der Zwirne zu bestimmen.

Hierzu dient eine Einrichtung, wie sie schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Ein Zwirn Z wird mit konstan­ ter Geschwindigkeit von einer Garnquelle 5 abgezogen und in seiner Längsrichtung L durch eine Abtastvor­ richtung 6 bewegt. Zur Sicherung der gleichförmigen Zulieferung des Zwirns ist vor und nach der Abtast­ vorrichtung 6 jeweils ein von einem Motor 11 angetrie­ benes Lieferwerk 10 sowie ein von einem Motor 13 ange­ triebenes Lieferwerk 12 angeordnet. Dabei ist die Zuführungsgeschwindigkeit v 1 des Lieferwerks 10 ge­ ringfügig niedriger als die Abführungsgeschwindigkeit v 2 des Lieferwerkes 12, z. B. v 1 = 0,997 v 2.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Abtastvorrichtung eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode 6.1, die ein schmales Lichtbündel 6.3 in Querrichtung zur Längsrichtung L des Zwirns so aussendet, daß es den Zwirn streifend trifft, wobei durch entsprechende Blenden erreicht werden kann, daß der Zwirn in einem schmalen Abtastbereich getroffen wird. In den Fig. 1 und 2 sind diese Abtastbereiche dargestellt und mit A 1 und A 2 bezeichnet.

Die Ausdehnung L 1 bzw. L 2 der Abtastbereiche A 1 bzw. A 2 in Längsrichtung L der Zwirne Z 1 und Z 2 soll deut­ lich kleiner sein als die Hälfte der kleinsten zu be­ stimmenden Zwirnperiode P 1 bzw. P 2 und die zeitliche Auflösung der Abtastvorrichtung 6 soll kürzer sein als die halbe Durchlaufzeit der kleinsten zu be­ stimmenden Periode P 1 bzw. P 2.

Der am Zwirn Z vorbeigelassene Anteil des Lichtbün­ dels 6.3 trifft auf einen gegenüber der Lichtquelle 6.1 angeordneten Lichtempfänger, beispielsweise eine Fotodiode 6.2. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers 6.2 wird einer Auswerteeinrichtung 7 zugeführt, in der es auf periodische Komponenten untersucht und analy­ siert wird. Wie unmittelbar aus den Fig. 1 und 2 abzulesen, muß bei Bewegung des Zwirns Z bzw. Z 1 und Z 2 in Richtung L das in den Abtastbereichen A 1 und A 2 auf den Zwirn auftreffende Lichtbündel 6.3 in dem am Zwirn vorbeigelassenen Anteil der in den Fig. 1 und 2 dem oberen Teil der Abtastbereiche A 1 und A 2 ent­ spricht, eine Intensitätsmodulation aufweisen, die die Periode P 1/2 bzw. P 2/2 besitzt. Bei dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2 kommt aufgrund der unterschied­ lichen Ausbuchtungen noch eine zweite Modulation mit der Periode P 2 hinzu, die der ersten Subharmonischen entspricht.

Die Auswerteeinrichtung 7 besitzt einen Verstärker 7.2, dem ein Analog/Digital-Wandler 7.2 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang über einen ansteuerbaren Umschal­ ter 7.3 mit zwei einander parallel geschalteten Schieberegistern 7.4 und 7.4′ verbunden ist, welche als Zwischenspeicher dienen. Die beiden Ausgänge der Schieberegister sind über einen zweiten Umschalter 7.5 wechselweise mit dem Eingang eines Frequenzana­ lysators 7.6 verbunden, dem ein Klassifikator 7.7 sowie ein Mittelwertbildner 7.8 nachgeschaltet sind.

In der Auswerteeinrichtung 7 erfolgt die Auswertung und Analyse des vom Lichtempfänger 6.2 kommenden Aus­ gangssignals nach an sich bekannten Methoden und mit bekannten Vorrichtungen und das Ergebnis wird mittels einer Anzeigevorrichtung 8 angezeigt. Eine Steuerein­ richtung 9.1, die zusätzlich einen Taktgeber 9.2 an­ steuert, steuert den Gesamtablauf der Auswertung. Hier­ zu werden den beiden Antriebsmotoren 11 und 13 der Lieferwerke 10 und 12, dem Taktgeber 9.2 und der Anzeigevorrichtung 8 entsprechende Steuersignale zu­ geführt.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Beispiel für eine Aus­ wertung dargestellt. Dabei sind zur Vergrößerung der Anschaulichkeit die Ergebnisse graphisch dargestellt. Fig. 4 zeigt den Verlauf des der Auswerteeinrichtung 7 zugeführten Lichtsignals in Abhängigkeit von der Zeit. Als Beispiel diente ein Zwirn mit 210 tex effektiv und einer Drehungsdichte von 470/m bei 2N Vorspannung. Die obenerwähnten Transportgeschwindig­ keiten betrugen V ₂ gleich 1,000 m/s und V ₁ gleich 0,997 m/s.

Fig. 5 ist das Ergebnis der Frequenzanalyse, darge­ stellt indem die Intensität der einzelnen Komponenten in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Periode auf­ getragen ist. Es zeigt sich, daß eine Hauptsignalfre­ quenz von 940 Hz entsprechend einer Periodenwellen­ länge von 1,064 mm gemessen wurde, was einer Drehungs­ dichte von 470/m entspricht.

Weiterhin wurde eine zweite periodische Komponente des Signals bei einer Frequenz von 470 Hz entsprechend einer Wellenlänge von 2,128 mm festgestellt. Diese zweite Komponente trat mit geringerer Intensität auf und zeigte aber, daß im untersuchten Fall die Zwirn­ komponenten ungleiche Längen besaßen. Die entsprechen­ de Auswertung ergab, daß bei einer Signalstärke (der relativen, auf den Integralwert 1 normierten Energie­ dichtefunktion) der ersten Komponente (bei 940 Hz) gleich 0,75 und einer Signalstärke der zweiten Kompo­ nente (bei 470 Hz) gleich 0,05, wobei sich die rest­ liche Signalstärke von 0,20 auf sämtliche übrige Kom­ ponenten verteilt, ein relativer Längenunterschied Δ l/l der beiden Zwirnkomponenten gleich 0,01, er­ rechnet werden kann.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung der Drehungsstruktur eines Zwirns, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwirn in seiner Längsrichtung mit konstanter Geschwindigkeit an einer Abtastvorrichtung vorbeibewegt wird, die auf Änderungen der Zwirnstruktur in Längsrichtung reagiert und ein Ausgangssignal abgibt, dessen zeitlicher Verlauf eine Funktion der abgetasteten Strukturänderungen darstellt, daß dieses Ausgangs­ signal analysiert und auf periodische Komponenten untersucht wird, und daß daraus die Zwirnperiode und/oder weitere die Struktur des Zwirns charakteri­ sierende Parameter bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ermittelten, der halben Wellenlänge der Zwirnperiode entsprechenden Grundfrequenz des Aus­ gangssignals und der Durchlaufgeschwindigkeit des Zwirns die Anzahl der Drehungen des Zwirns pro Bezugslänge bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten mehrerer Komponenten unter­ schiedlicher Frequenz im Ausgangssignal aus der relativen Intensität der Komponente mit der der Wellenlänge der Zwirnperiode entsprechenden halben Grundfrequenz die Längendifferenz der den Zwirn bildenden Einzelkomponenten bestimmt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (5) zur Bewegung eines Zwirns (Z) in Längsrichtung (L) mit konstanter Geschwindigkeit und eine an einer festen Stelle der Bewegungsbahn des Zwirns (Z) angeordnete, ein elektrisches Aus­ gangssignal abgebende Abtastvorrichtung (6), die an eine elektronische Auswerteeinrichtung (7) ange­ schlossen ist, sowie eine Anzeigevorrichtung (8) zur Anzeige des Ergebnisses der Auswertung und eine Steuereinrichtung (9) zur Ablaufsteuerung von Abtastung, Auswertung und Anzeige.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abtastvorrichtung (6) ein Abtastorgan (6.3) aufweist, dessen Ausdehnung (L 1, L 2) in Längs­ richtung (L) des Zwirns (Z 1, Z 2) kleiner ist als die Hälfte der kleinsten zu bestimmenden Zwirn­ periode (P 1, P 2), und die zeitliche Auflösung der Abtastvorrichtung (6) kürzer ist als die halbe Durchlaufzeit der kleinsten zu bestimmenden Zwirn­ periode.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastvorrichtung ein mecha­ nisches auf Änderungen der lokalen Querdimensionen des Zwirns reagierendes Abtastorgan aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abtastvorrichtung einen Fühlhebel auf­ weist, dessen Eigenfrequenz wesentlich größer ist, als die Folgefrequenz der lokalen Dickenänderungen des Zwirns.

8. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtastvorrichtung ein optisches auf Änderungen der lokalen Querstruktur des Zwirns reagierendes Abtastorgan aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abtastvorrichtung (6) eine Lichtquelle (6.1) aufweist, die ein quer zur Bewegungsrichtung (L) des Zwirns (Z) auf den Zwirn gerichtetes, pa­ ralleles Lichtbündel (6.3) erzeugt, sowie eine optische Empfangsvorrichtung (6.2), welche den am Zwirn durchgelassenen oder den vom Zwirn reflek­ tierten bzw. gestreuten Anteil des Lichtstroms auf­ nimmt und ein von diesem Lichtstrom abhängiges elektrisches Ausgangssignal abgibt, das der Aus­ werteeinrichtung (7) zugeführt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektronische Auswerteeinrichtung (7) zur Analyse des Ausgangssignals der Abtastvorrich­ tung (6) ein schmalbandiges Frequenzfilter mit variabler durchstimmbarer Mittenfrequenz aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektronische Auswerteeinrichtung (7) eine Vorrichtung (7.4; 7.4′) zum periodischen Zwischenspeichern von Signalwerten des Ausgangs­ signals der Abtastvorrichtung (6) aufweist, sowie Einrichtungen (7.6; 7.7) zur Autokorrelation und/oder Fourier-Transformation der Signalwerte.