DE4106567A1

DE4106567A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der in einem faserband transportierten materialmenge

Info

Publication number: DE4106567A1
Application number: DE4106567A
Authority: DE
Inventors: Hansruedi Stutz
Original assignee: Loepfe AG Gebrueder
Current assignee: Loepfe AG Gebrueder
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1991-09-12
Also published as: GB9104526D0; US5194911A; IT1247131B; GB2242266B; CH680931A5; JPH06341953A; GB2242266A; ITMI910564A0; ITMI910564A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Materialmenge, welche in einem Faserband, insbesondere einem Karden- oder Streckenband transportiert wird.

Entsprechende Messungen wurden bisher nach unterschiedlichen Methoden ausgeführt. Bei einer kapazitiven Messung läuft das Material zwischen zwei Kondensatorplatten hindurch. Die Kapazität zwischen diesen Platten ist abhängig von der jeweiligen Materialmenge, der Dielektrizitätskonstanten des Materials, der Temperatur und der Feuchtigkeit. Obwohl bei dieser Messung das Kardenband kaum zusätzlich be ansprucht wird, besitzt diese Methode den Nachteil, daß sie auf statische Elektrizität anfällig und stark feuchtigkeits- und materialabhängig ist.

Mechanische Messungen erfolgen in der Regel mit einem verstellbaren Rollenpaar, zwischen dem das Band hindurch läuft. Der Rollenabstand ist ein Maß für die Materialmenge. Diese Methode ist weitgehend materialunabhängig und liefert einen stabilen Absolut wert der Messung, belastet jedoch das Kardenband mit Druck und zusätzlicher Reibung.

Schließlich sind auch pneumatische Messungen bekannt, bei welchen eine sogenannte Trompete an der engsten Stelle mit einer Querbohrung versehen ist. In dieser Bohrung entsteht ein Überdruck, wenn das Band die Trompete durchläuft, weil die Fasern die zwischen ihnen eingeschlossene Luft zusammenpressen. Diese Meßanordnung beansprucht zwar das Kardenband nicht zusätzlich, ist jedoch geschwindigkeitsabhängig, materialabhängig, verschmutzungsempfindlich, schwer zu eichen und besitzt ein Meßfeld, das länger als 5 mm ist.

Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, sind die bisherigen Meßanordnungen alle mit spezifischen Nachteilen behaftet, indem entweder das Kardenband zusätzlich beansprucht wird oder die Meß ergebnisse durch die jeweiligen Randbedingungen stark beeinflußt werden.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Meßverfahren und eine Vorrichtung so zu schaffen, daß eine von solchen Bedingungen weitgehend unab hängige, stabile Messung der Materialmenge gelingt, wobei zugleich keine wesentliche Beanspruchung des Kardenbands auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 5 genannten Maßnahmen gelöst. Wie sich daraus ergibt, durchläuft das Kardenband eine Öffnung in einer Meßzelle derart, daß deren Wandung den Faserbandquerschnitt durch Berührung festlegt, wobei in diesem Querschnitt das Faserband mit Licht durchstrahlt wird. Vorzugsweise ist die Wandung dort als transparenter Ring ausgestaltet, durch den das Licht unmittelbar in das, den Glasring berührende Faserband eingestrahlt und durch den auch das hin durchtretende Licht detektiert wird. Diese Anordnung definiert die Position und den Querschnitt des Faser bands im Meßbereich, sodaß konstante geometrische Bedingungen herrschen und der Einfluß von Streulicht ausgeschaltet ist. Weil das Band ständig an der Wandung der Innenfläche des Glasrings reibt, ergeben sich keine Verschmutzungsprobleme. Die unter diesen Bedingungen durch das Band durchtretende Lichtmenge ist sehr gut umgekehrt proportional zur Masse der im Meßquerschnitt vorhandenen Fasern. Dabei ist allerdings zu berück sichtigen, daß die Faserkonzentration nicht immer über den gesamten Querschnitt konstant ist, indem lokale Faseranhäufungen vorhanden sein können. Um eine zu starke Schwankung der Meßwerte zu verhindern, wird das Faserband mit Vorteil entlang mehrerer, über den Quer schnitt verteilter Strahlengänge optisch durchstrahlt und hernach der Mittelwert dieser Messungen zu einem bestimmten Querschnitt gebildet und als Maß für die jeweilige Materialmenge ausgewertet.

Nachfolgend wird dies im Detail anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, welche in den Zeich nungen dargestellt sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Meßzelle gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt;

Fig. 2 eine Ansicht der Meßzelle in Band eintrittsrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer möglichen Lichtsender- und Empfängeranordnung mit ent sprechenden Strahlengängen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer anderen Anordnung von Lichtsendern und Empfängern;

Fig. 5 eine Darstellung der Meßzelle mit Kardenband;

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Auswerte schaltkreises;

Fig. 7 eine weitere Anordnung der Licht sender und Empfänger, und

Fig. 8 eine entsprechende Darstellung der Signale.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungs beispiel der Meßzelle 1 gezeigt, welche für die optische Messung vorgesehen ist. Sie besitzt im wesentlichen je einen Einlauftrichter 2 und einen Aus trittstrichter 3 für das Kardenband, welche in einem Meßzellengehäuse 4 angeordnet sind. Der Einlauf trichter 2 verengt sich konisch bis zu einem kleinsten Querschnitt 5, der den Meßquerschnitt bildet. In diesem Bereich sind Lichtsender S₁, S₂... und Licht empfänger E₁, E₂ angeordnet, wie noch näher beschrieben wird und zwar hinter einem transparenten Ring 6. Der transparente Ring 6 ist vorzugsweise ein Glasring aus für Infrarotlicht durchsichtigem Pyrexglas. Der Glas ring hat vorzugsweise eine relativ geringe Wandstärke (von z. B. 1 mm), um selbst möglichst wenig Licht zu absorbieren oder zu leiten. Er besitzt einen Innen durchmesser, welcher der zu messenden Kardenbandstärke angepaßt ist und zwar so, daß das Kardenband beim Einlauf in die Meßzelle die Innenwand des Glasrings 6 berührt. Das Kardenband wird dabei geringfügig kom primiert (vergl. Fig. 5). Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung ist etwas vergrößert gezeigt. In Wirklichkeit kann der Innendurchmesser im Meßquer schnitt z. B. 10 mm betragen.

Der Glasring 6 ist seitlich mittels zweier Dichtringe 7 abgedichtet, um das Eintreten von Staub aus dem Kardenband zu verhindern. Die Innenwand des Glasrings wird im Betrieb durch das berührende Karden band laufend selbst gereinigt, so daß immer dieselben optischen Bedingungen vorliegen.

In Fig. 2 ist die Meßzelle 1 in Bandein trittsrichtung dargestellt. Strichliert sind darin radiale Bohrungen 8 für Lichtsender S und Bohrungen 9 für Lichtempfänger E im Gehäuse 4 angedeutet. Deren Anordnung im einzelnen kann anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden (vergl. auch Fig. 7).

Als Lichtsender S₁, S₂... werden mit Vorteil Infrarotdioden (GaAlAs - Dioden) verwendet, die im Impulsbetrieb relativ hohe Lichtleistungen erzeugen (10 mW-300 mW) und welche eine gerichtete Licht charakteristik besitzen. Die Lichtsender S werden am Umfang des Glasrings 6 so angeordnet, daß das Karden band an mehreren Stellen, verteilt über den Querschnitt beleuchtet wird. Jeweils im wesentlichen gegenüber den Lichtsendern S₁, S₂, sind die Lichtempfänger E₁, E₂... angeordnet, welche durch entsprechende Photodioden (pin-Dioden) gebildet sind. Zwischen den Lichtsendern S₁, S₂... und den jeweils zugeordneten Lichtempfängern E₁, E₂... werden damit Strahlengänge definiert, längs welchen die Messungen erfolgen. Wie noch näher er läutert wird, wird das Meßergebnis durch Mittelung der Messungen dieser Strahlengänge gewonnen. Damit beein trächtigen ungleiche Dichteverteilungen der Fasern über den Querschnitt des Kardenbands die Messung nicht.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher jeweils zwei Sender einem Empfänger zugeordnet sind, so daß sich eine Verdoppelung der Lichtintensität erreichen läßt. Die Anordnung von Fig. 2 ergibt eine dreifache Licht intensität. Im übrigen wird in Fig. 3 der Querschnitt in zwei Richtungen je in gegenläufigem Sinne durch leuchtet. Die gegenläufige Durchleuchtung verhindert die Beeinflussung von Empfängern durch ihnen nicht zugeordnete Sender. In Fig. 4 erfolgt die Durch leuchtung nur in einer Richtung, jedoch jeweils entlang dreier über den Durchmesser verteilter, gegenläufiger Strahlengänge.

In Fig. 5 ist schematisch eine ent sprechende Messung angedeutet. Während der Messung bewegt sich das Kardenband 10 durch die Meßzelle hindurch, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min. Da die Materialmenge im Faserband laufend gemessen werden muß, dürfen die Intervalle zwischen zwei Messungen nicht zu groß sein. Im vorliegenden Beispiel erfolgt jede 4 mm in Bandrichtung eine Messung. Dies setzt schnelle Wandler sowie Mikroprozessortechnik in der Auswerteschaltung voraus, welche in Fig. 6 in Form eines Blockdiagramms gezeigt ist. Die Sender S₁, S₂... und Empfänger E₁, E₂... sind lediglich schematisch gezeigt. Fig. 6 ist zusammen mit den Fig. 7 und 8 zu verstehen, welche die entsprechende Anordnung und die während einer Messung auftretenden Signale zeigen.

Ein Impulsgenerator 11 liefert nacheinander Stromimpulse von z B. 30 µs Dauer an die einzelnen Sender S₁ bis S₄. Die Impulse steuern gleichzeitig einen Analogschalter 12, mittels welchem die ent sprechenden Empfänger E₁ bis E₄ nacheinander an einen Analog-Digital-Wandler 13 angeschlossen werden. Damit ist eine Zuordnung bestimmter Sender zu bestimmten Empfängern sichergestellt, so daß z. B. das Signal aus dem Empfänger E₁ genau der Lichtabsorbtion längs dem Strahlengang zwischen S₁ und E₁ entspricht etc. (vergl. Fig. 7). Der Analogschalter 12 bleibt dabei solange geschlossen, daß auch der Signalpegel nach Abklingen des Lichtimpulses aufgenommen wird (vergl. Fig. 8), sodaß daraus ein arbeitspunktunabhängiges Differenzsignal berechnet werden kann. Der A/D-Wandler wird vom Impulsgenerator so gesteuert, daß er sowohl die Impulse 20 als auch die Impulspausen 21 (= Dunkel heit) wandelt. Der Rechner 14 bildet jeweils die Differenz zwischen Impuls und Impulspause und addiert diese Differenzwerte. Da die Empfänger unterschiedliche Arbeitspunkte haben, wirkt sich dieses dank der Differenzbildung nicht aus.

Nacheinander werden so innert einer Meß dauer von ca 240 µs die Signale zu den verschiedenen Strahlengängen aufgenommen und im Rechner 14 addiert. Die Addition der Differenzwerte bedeutet zugleich eine Mittelung über alle aufgenommenen Strahlengänge, sodaß ungleichmäßige Faserdichte-Verteilungen über den Quer schnitt die Messung nicht verfälschen.

In einer Auswerteschaltung 15 werden die Meßergebnisse gespeichert und für die Anzeige auf einer Anzeigeeinheit 16 bzw. für ein Betriebsdaten überwachungssystem 17 weiter ausgewertet. In an sich bekannter Weise können die Signale als Teil eines Steuerkreises 18 zur Steuerung der Strecke oder Karde verwertet werden.

Solche Messungen folgen zeitlich unmittel bar aufeinander. Bei einer Meßdauer von ca. 250 µs können pro Sekunde z. B. 2500 Messungen erfolgen. In dieser Zeit bewegt sich das Kardenband beispielsweise ca 10 m, so daß ca. jede 4 mm eine Messung erfolgt. Damit entsteht eine im wesentlichen kontinuierliche Überwachung der Materialmarge im Kardenband.

Die beschriebene Meßzelle 1 ist dabei so aufgebaut, daß das Kardenband praktisch nicht bean sprucht wird, womit durch die Messung keine Qualitäts einbuße erfolgt. Die Meßergebnisse sind, da auf op tischem Weg erzielt, nicht beeinflußt durch die Ge schwindigkeit des Kardenbands, seiner Temperatur oder seiner Feuchtigkeit. Die Meßzelle ist ferner selbst reinigend und damit nicht anfällig auf Verschmutzung.

Da der Unterschied zwischen Lichtimpuls und Dunkelheit gemessen wird, stellt das Meßergebnis den Absolutwert der Materialmenge dar, das sich in der Meßzelle befindet. Eine Verschiebung des Arbeits punktes der Empfängerverstärker wirkt sich daher nicht aus.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der in einem Faserband transportierten Fasermaterialmenge, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserband eine Öffnung in einer Meßzelle durchläuft, deren Wandung durch Be rührung den Faserbandquerschnitt an der Meßstelle definiert, wobei das Faserband aus der Wandung mittels mindestens einer Lichtquelle durchstrahlt wird, und wobei das durch den Faserbandquerschnitt hindurch tretende Licht mittels mindestens einem Lichtempfänger als Maß für die jeweilige Materialmenge in diesem Querschnitt aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere Lichtsender und/oder mehrere Lichtempfänger so angeordnet und betrieben werden, daß die aufgenommenen Signale jeweils bestimmten Strahlen gängen entsprechen, welche über den Querschnitt der Meßzellenöffnung verteilt die Öffnung durchlaufen, wobei das Maß für die jeweilige Materialmenge aus der Mittelung der zu diesen Strahlengängen gehörenden Messungen abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Lichtsender und/oder die Licht empfänger sequentiell so betrieben werden, daß die verschiedenen Strahlengänge während einer Messung zeitlich gestaffelt aufgenommen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei mehrere Lichtsender vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtsender zeitlich gestaffelt Lichtimpulse aussenden, und daß in entsprechender Staffelung die Empfänger selektiv an einen Auswerte schaltkreis angeschlossen werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Lichtempfänger jeweils ein Signal bei betätigter Lichtquelle und bei Dunkelheit aufgenommen wird und daß der Differenzwert als Meßergebnis des jeweiligen Lichtempfängers weiterverarbeitet wird.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfah rens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch eine Meßzelle (1) mit einer Öffnung (5), durch welche das zu messende Faserband hindurch bewegbar ist, und deren Querschnittfläche nicht größer ist als die Querschnittfläche des eintretenden Faser bands, wobei im Bereich dieser Öffnung mindestens eine Lichtquelle (S) und mindestens ein Lichtempfänger (E) derart angeordnet sind, daß das Faserband über seinen Querschnitt mit Licht durchstrahlt wird, und wobei der mindestens eine Lichtempfänger (E) an einen Auswerte schaltkreis (11 bis 14) angeschlossen ist zum Bestimmen der jeweiligen Materialmenge aus den Empfängersignalen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßzelle (1) einen Einlauf trichter (2) für das Faserband aufweist, der sich zum Öffnungsdurchmesser (5) hin verjüngt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßöffnung (5) durch einen mindestens bereichsweise transparenten Ring (6), vorzugsweise einen Glasring gebildet ist, um dessen Umfang die Lichtquellen (S) und Lichtempfänger (E) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen (S₁, S₂...) und Lichtempfänger (E₁, E₂...) um die Öffnung (5) verteilt, angeordnet und durch den Auswerteschaltkreis (11-14) einander so zugeordnet sind, dass mehrere Strahlengänge zwischen Lichtquellen (S) und Lichtempfängern (E) gebildet werden, die über den Öffnungsquerschnitt (5) verteilt verlaufen und längs denen die das Faserband durchdringende Licht intensität als Maß für die jeweilige Materialmenge bestimmt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen (S) Infrarot-Dioden verwendet werden, die in einem, die Öffnung umgebenden Gehäuse (4) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (S) mit einem Impulsgenerator (11) verbunden sind zur zeitlich gestaffelten Aussendung von Lichtimpulsen, und daß die Empfängersignale gemäß der Aussendung der Lichtimpulse im Auswerteschaltkreis (11-14) selektiv auswertbar sind, derart daß die Empfängersignale be stimmten Strahlengängen durch den Öffnungsquerschnitt (5) zugeordnet sind.