Beschreibung

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder der Länge eines laufenden Fadens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder der Länge eines laufenden Fadens mittels einer im Fadenlauf einer Textilmaschine angeordneten optischen Sensoreinrichtung nach Anspruch 1.

Aus der DE 103 42 383 A1 sind Verfahren und Anordnungen bekannt, bei denen im Rahmen einer berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeit des laufenden Fadens mittels des Laser-Doppler-Anemometrie-Verfahrens (LDA) von einer Lichtquelle ein Lichtstrahl erzeugt wird, der zumindest teilweise auf den Faden gelenkt und von diesem abgeschattet wird. Der nicht vom Faden abgeschattete Restanteil dieses Laserstrahls wird auf einen optischen Detektor, beispielsweise eine Fotozelle gelenkt, dessen Signale zur Bestimmung des Durchmessers des Fadens elektronisch ausgewertet werden.

Moderne Textilmaschinen, beispielsweise zur Erzeugung von Kreuzspulen, sind mit Einrichtungen für die Geschwindigkeitsmessung und die Längenmessung des laufenden Fadens ausgerüstet. Ständig steigende Anforderungen an die Qualität des Garns haben zur überwachung von Parametern der Garnstruktur wie z.B. dem Garndurchmesser nicht nur an ausgewählten Produktionseinheiten, sondern an jeder einzelnen Produktionseinheit geführt. Die

überwachung des Garndurchmessers und/oder der Garngeschwindigkeit wird insbesondere für die Erkennung von Qualitätsverletzungen eingesetzt, wobei beispielsweise für die Bewertung, ob eine Abweichung vom Sollgarndurchmesser als Garnfehler einzustufen ist, üblicherweise auch die Länge der Abweichung herangezogen wird. Die Ermittlung des genauen Garndurchmessers ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätsüberwachung des Garns.

Weiterhin ist die Garngeschwindigkeit eine signifikante Prozessgröße zur überwachung des textilen Produktionsprozesses. So ist der Verlauf der

Garngeschwindigkeit ein wichtiges Merkmal zur überwachung der Qualität des textilen Endproduktes. Weicht beispielsweise im Spulprozess der

Geschwindigkeitsverlauf signifikant von einem vorgegebenen Verlauf ab, können sich durch sogenannte Trommelwickel erhebliche Qualitäts- minderungen oder schlimmstenfalls eine Zerrstörung der Produktionseinheit ergeben.

Der von einem Lasermodul der beispielsweise in der DE 103 42 383 A1 beschriebenen Art erzeugte Laserstrahl weist stets einen gewissen Divergenz- Winkel auf, wenn keine speziellen Abhilfemaßnahmen getroffen werden. Dies ist insofern von Nachteil, als hierbei eine exakte Garnposition im Messvolumen sichergestellt sein muss, da sonst das Messverfahren zu ungenau bzw. nicht sicher genug funktioniert. Daher hat der Divergenzwinkel des Laserstrahls einen erheblichen Einfluss auf die Abhängigkeit der Messgenauigkeit von der Positionsgenauigkeit des laufenden Fadens im Messbereich. Dies gilt sowohl für die Durchmessererfassung als auch für die durch das LDA-Verfahren ermittelte Garngeschwindigkeit.

Darüber hinaus muss zu jedem Zeitpunkt sichergestellt werden, dass für eine sichere Erfassung des Garndurchmessers, welche über die Schattenbildung des Fadens erfolgt, der Faden den Laserstrahl gegenüber einer Messeinrichtung nicht vollständig abdeckt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein mit geringem Aufwand leicht durchzuführendes, verbessertes optisches Messverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden und dauerhaft eine zuverlässige und exakte Erfassung der Geschwindigkeit und/oder Länge des Fadens ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Wesentlich bei der erfindungemäßen Lösung ist es, dass von einer Laserquelle ein Laserstrahl erzeugt wird, der mittels einer optischen Einrichtung kollimiert und anschließend mittels einer optischen Teil- und Lenk-Einrichtung zur Teilung und Lenkung des Laserstrahls in mindestens zwei Teilstrahlen geteilt wird, welche so geführt werden, dass ein Teilstrahl als Messstrahl in dem Messbereich bzw. Messvolumen auf den laufenden Faden gelenkt und von diesem abgeschattet wird und dass der andere Teilstrahl als Referenzstrahl an dem laufenden Faden vorbei und auf einen optischen Detektor geführt wird, wobei das vom Faden beeinflusste und/oder reflektierte Licht des Messstrahls mit dem Licht des Referenzstrahls überlagert wird, so dass die vom optischen Detektor nach dem Laser-Doppler-Anemometrie-Verfahren (LDA) erzeugten Messsignale zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder der Länge des laufenden Fadens elektronisch ausgewertet werden können. Der an dem laufenden Faden vorbeigeführte Referenzstrahl kann dabei gleichwohl durch das Messvolumen oder aber an dem Messvolumen vorbei gelenkt werden.

Die Kollimierung bewirkt dabei, dass der Laserstrahl zumindest im Wesentlichen frei von Divergenzen und frei von Fokussierungen verläuft. Der so kollimierte Laserstrahl bietet den Vorteil, dass die Positionsabhängigkeit des Fadens bei der Erfassung sowohl des Garndurchmessers als auch der Garngeschwindigkeit über das LDA- Verfahren signifikant reduziert werden kann.

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Das Verfahren ist dabei einfach durchzuführen und vermeidet die bei den bisher bekannten Verfahren möglichen, vor allem auf die Positionsabhängigkeit des Fadens zurückzuführenden Messfehler. Es gestattet daher eine exaktere Bestimmung der Geschwindigkeit bzw. Länge eines laufenden Fadens.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der vom Faden abgeschattete Messstrahl so geführt wird, dass er zumindest teilweise auf einen zweiten optischen Detektor trifft, und dass die von dem zweiten optischen Detektoren in Abhängigkeit von dem empfangenen Licht gelieferten Signale zur Bestimmung des Durchmessers des Fadens elektronisch ausgewertet werden. So kann der Durchmesser zusätzlich zur Geschwindigkeit und/oder Länge des laufenden Fadens ermittelt werden.

Besonders sichere Messergebnisse können dann erreicht werden, wenn der Durchmesser des Messstrahls größer oder zumindest gleich dem Nenndurchmesser bzw. Solldurchmesser des Fadens ist. So ist sichergestellt, dass eine vollständige Abschattung des Messstrahls ausgeschlossen ist.

Weiterhin ist es günstig, wenn der Referenzstrahl den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Messstrahl, da hierbei die optische Teil- und Lenkeinrichtung besonders einfach ausgeführt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der Messstrahl in einer Ebene geführt wird, die parallel zu einer Ebene liegt, in welcher der Referenzstrahl geführt wird.

Insbesondere kann der Messstrahl dabei auch absolut parallel zu dem

Referenzstrahl geführt werden oder die beiden Strahlen können, wenn man sie aus einer Richtung betrachtet, die senkrecht zu den beiden parallelen Ebenen liegt, so verlaufen, dass sie in einem Winkel schräg zu einander verlaufen und sich kreuzen.

Besonders vorteilhaft ist außerdem eine Ausführung, bei welcher der Messstrahl gegenüber dem Referenzstrahl eine signifikant höhere Intensität aufweist. Einerseits wird damit eine genügend hohe Messempfindlichkeit für die Durchmessererfassung gesichert und andererseits erhöht die Intensitäts- reduzierung des Referenzstrahls die Signalmodulationstiefe der LDA- Geschwindigkeitserfassung. Eine besonders vorteilhafte Intensitätsverteilung ist dabei 95% zu 5% für das Verhältnis Messstrahl zu Referenzstrahl.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Anordnungen zur Durchführung der Verfahren der vorangehend beschriebenen Art. Eine dementsprechende

Anordnung zum berührungslosen Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder

Länge eines laufenden Fadens im Fadenlauf einer Textilmaschine umfasst zumindest eine Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, eine optische

Einrichtung zur Kollimierung des Laserstrahls, eine optische Teil- und Lenk- Einrichtung, durch die der Laserstrahl in mindestens zwei Teilstrahlen aufteilbar ist, eine mindestens einen optischen Detektor aufweisende optische

Sensoreinrichtung, mittels der aus dem vom laufenden Faden beeinflussten

Licht Messsignale erzeugbar sind, sowie eine mit der Sensoreinrichtung verbundene Auswerteeinheit, welcher die Messsignale zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Länge des laufenden Fadens zuführbar sind.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die optische Sensoreinrichtung mindestens zwei optische Detektoren umfasst, wobei auch der zweite optische Detektor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, welcher die Messsignale des zweiten optischen Detektors zur Bestimmung des Durchmessers des laufenden Fadens zuführbar sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Figur 1 : schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht; und

Figur 2: schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht.

Bei dem in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren wird ein von einer Laserquelle 1 erzeugter Laserstrahl 2 durch eine optische Kollimier- einrichtung 7 derart kollimiert, dass er zumindest annähernd fokussierungsfrei und divergenzfrei weiter verläuft. Anschließend wird der so kollimierte Laserstrahl 2 an einer hier durch ein Keil-Prisma gebildeten optischen Teil- und Lenk-Einrichtung 3 in zwei Teilstrahlen 2a und 2b aufgeteilt. Die beiden Teilstrahlen 2a und 2b werden so gelenkt, dass sie parallel zueinander verlaufen und nicht mehr am Garn bzw. am laufenden Faden 4 zusammengeführt werden. Beide Teilstrahlen 2a und 2b werden durch ein Messvolumen 5 hindurch geführt, welches auch von dem Faden 4 durchquert wird.

Der erste Teilstrahl bildet hierbei den Messstrahl 2a, der auf den Faden 4 gelenkt wird. Der nicht vom Faden 4 abgeschattete Restanteil des Messstrahls

2a wird hier nicht weiter benötigt. Der zweite Teilstrahl bildet den Referenzstrahl

2b, der am Fanden vorbei gelenkt wird und hinter dem Messvolumen 5 auf den

Detektor 6b trifft. Die Intensitätsverluste des Referenzstrahles 2b sind hierbei minimal, da kein Faden im Strahlengang vorhanden ist, was zu einer Verbesserung der Signalintensität am Detektor 6b führt. Auf diese Weise kann auch die Fehlerlänge des Garns bzw. des laufenden Fadens 4 hochdynamisch erfasst werden.

Hier wird der Effekt der Wellenüberlagerung (also das Entstehen des Dopplersignals) aufgrund der gestreuten Kugelwellen des auf dem Faden 4 auftreffenden Messstrahls 2a mit dem Referenzstrahl 2b erzeugt. Dabei besitzt der Messstrahl 2a mindestens den Durchmesser des Fadens 4.

Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvariante wird auch der nicht vom Faden 4 abgeschattete Anteil des Messstrahls 2a in einen optischen Detektor 6a gelenkt. Dieser Detektor 6a misst somit die Abschattung des Messstrahls 2a durch das Garn bzw. durch den laufenden Faden 4. Die von diesem Detektor 6a gelieferten Signale werden zur Ermittlung des Durchmessers des Garns bzw. des laufenden Fadens 4 ausgewertet.