Optische Fühleinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine optische Fühleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sobald der Faden quer zu seiner Längsrichtung in den Durchgangsbereich tritt, reflektiert er wegen seiner räumlichen Form und seiner unregelmäßigen Oberfläche einen Teil des auftreffenden Lichts in im wesentlichen Undefinierte Richtungen. Ein Anteil des reflektierten Lichtes beaufschlagt den Empfänger, der dann ein die Anwesenheit des Fadens repräsentierendes Signal erzeugt. Umgekehrt kann die Fühleinrichtung auch so ausgelegt sein, daß der Empfänger bei Abwesenheit des Fadens ein die Abwesenheit des Fadens repräsentierendes Signal erzeugt. Insbesondere in einer Fadenspeicher- und -liefervorrichtung, in der ein aus nicht separierten Fadenwindungen bestehender Fadenvorrat erzeugt und in etwa quer zur Fadenlängsrichtung vorwärts bewegt wird, tastet die Fühleinrichtung beispielsweise die Größe des Fadenvorrats ab, um mit den bei der Abtastung erzeugten Signalen entweder die Ergänzung des Fadenvorrates oder eine Unterbrechung der Ergänzung des Fadenvorrates steuern zu können (Maximumsensor) . Es ist aber auch möglich, mit der Fühleinrichtung festzustellen, wann der Fadenvorrat eine vorbestimmte Referenzposition auf der Speicherfläche erreicht hat und davon ein Signal abzuleiten (Referenzsensor) . Die Zuverlässigkeit der Fühleinrichtung hängt davon ab, daß aus der Anwesenheit oder Abwesenheit des Fadens starke und eindeutige

Signale erzeugbar sind, wobei bisher störende optische Einflüsse im oder beim Durchgangsbereich die Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Solche störenden Einflüsse können bei der Fadenverarbeitung praktisch unvermeidbare Flusen oder irgendwelche, aus dem einfallenden Licht den Empfänger beaufschlagendes Licht reflektierende Flächen oder Objekte sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Streulicht-Fühleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Fehlsignale aufgrund Reflektionslichts von fadenfremden Objekten vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung verhindert das Abschirmelement die Entstehung oder Übertragung den Empfänger beaufschlagenden, fadenfremden Reflektionslichts, so daß Fehlsignale unterbleiben und aus der korrekten An- bzw. Abwesenheit des Fadens im Durchgangsbereich starke und eindeutige Signale ableitbar sind. Es hat-das Abschirmelement den Vorteil, beim Durchgangsbereich und hinter dem Faden gegebenenfalls vorliegende Verschmutzungen (Flusen, Flusenbüschel oder fremde Verschmutzungen oder reflektierende Flächen) abzudecken, so daß diese vom Licht aus der Lichtquelle nicht getroffen werden und deshalb kein den Empfänger beaufschlagendes Refklektionslicht erzeugen, oder kein auf andere Weise entstehendes und auf den Empfänger zielendes Licht durchzulassen. Gerade Flusen oder Flusenbüschel, wie sie bei der Verarbeitung von Fäden unvermeidlich sind, haben nämlich ein ähnliches Reflektionsverhalten wie der Faden selbst und könnten

die Fehlsignale hervorrufen. Auch andere reflektierende Objekte hinter dem Durchgangsbereich, die Reflektionslicht auf den Empfänger richten, sind gegenüber dem Empfänger abgedeckt.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist besonders zweckmäßig. Das Abschirmelement erzeugt wegen seiner lichtabsorbierenden Oberfläche kein direktes und starkes Reflektionslicht. Da jedoch selbst lichtabsorbierende Oberflächen in der Praxis nicht reflektionslichtfrei ausbildbar sind, wird durch die Anordnung des Empfängers außerhalb des Reflektions-Streulichtbereichs der Oberfläche die unerwünschte Beaufschlagung des Empfängers durch fadenfremdes Reflektionslicht unterbunden. Die Ausbildung des Abschirmelementes mit lichtabsorbierender Oberfläche (Antispiegel) schafft eine für die Fadenbewegung günstig reibungsarme Oberfläche, unvermeidlich trotzdem auftretendes Reflektionslicht ist bewußt so orientiert, daß es den Empfänger nicht zu beaufschlagen vermag. Reflektierende Objekte hinter dem Durchgangsbereich sind abgedeckt.

Zweckmäßig ist ferner die Ausführungsform gemäß Anspruch 3. Mit der Erkenntnis des auch bei einer glatten und lichtabsorbierenden Oberfläche unvermeidbaren Reflektionslichts ist die Reflektionsorientierung der Oberfläche bezüglich des Einfallswinkels des auftreffenden Lichtes relativ zum Empfänger bewußt so ausgerichtet, daß der Empfänger vom Reflektionslicht von der Oberfläche nicht beaufschlagt wird und seine Signale nur aus der An- bzw. Abwesenheit des Fadens erzeugt.

Besonders zweckmäßig ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 4, weil das Abschirmelement den sich

unvermeidlich unterhalb des Durchgangsbereiches sammelnden Flusen, Flusenbüscheln oder fremden Verschmutzungen keine Möglichkeit gibt, aus dem Licht der Lichtquelle Reflektionslicht zu erzeugen und den Empfänger zu beaufschlagen. Auch auf andere Weise von unten auf den Empfänger zielendes Licht wird abgeschirmt.

Baulich einfach und kostengünstig ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 5. Eine solche Kunststoffplatte ist preiswert und läßt sich einfach in einer Fadenspeicher- und -liefervorrichtung unter dem abzutastenden Durchgangsbereich unterbringen.

Besonders zweckmäßige Ausfuhrungsformen gehen aus den Ansprüchen 6 und 7 hervor. Aufgrund des schrägen Einfallswinkels des Lichtes wird an der Oberfläche - wenn überhaupt - nur Reflektionslicht mit schrägem Ausfallswinkel erzeugt. Da der Empfänger jedoch annähernd senkrecht zur Oberfläche des Antispiegels und oberhalb des Auftreffbereichs des Lichts auf der Oberfläche angeordnet ist, geht das von der Oberfläche entstehende Reflektionslicht am Empfänger vorbei. Hingegen trifft zumindest ein Anteil des unorientierten Reflektionslichts des Fadens in vorbestimmter Weise auf den Empfänger. Die Abtastrichtung senkrecht zur Fadenlängsrichtung ergibt einen prägnanten und leicht abtastbaren Signalübergang am Empfänger. Es kann aber in bestimmten Anwendungsfällen eine Abtastrichtung parallel zur Fadenlängsrichtung oder sogar schräg zu dieser zweckmäßig sein. In der Praxis wird sich die jeweils gewählte Abtastrichtung auch nach den Platzverhältnissen und danach richten, wie ein starker Reflektionslichtanteil vom Faden auf den Empfänger

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bringbar ist.

Wichtig ist ferner der Gesichtspunkt gemäß Anspruch 8, weil der Faden eine permanente Selbstreinigung des Abschirmelementes bewirkt und beim Abtasten sauber geführt wird.

Alternativ ist jedoch auch die Ausführungsform gemäß Anspruch 9 vorteilhaft, weil die über das Abschirmelement streichenden Fadenfasern für den Selbstreinigungseffekt ausreichen, hingegen der Faden keinen spürbaren Reibungskräften unterliegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 10 sorgt die bombierte Oberfläche für eine gleichmäßige oder lokal begrenzte Fadenauflage.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 11 läßt das Abschirmelement von Seiten der Lichtquelle kommendes Licht durch, in Gegenrichtung ist es hingegen lichtundurchlässig. Dadurch wird eine besonders wirksame Lichtabsorption erzielt. Beispielsweise ist das Abschirmelement ein nur in einer Richtung transparenter Spiegel, ähnlich Gläsern einer verspiegelten Sonnenbrille.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Fadenspeicher- und -liefervorrichtung,

Fig. 2 einen Teil eines vergrößerten

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Radialschnitts in Fig. 1,

Fig. 3 eine um 90° gedrehte Ansicht zu Fig. 2,

Fig. 4 einen Teil eines Radialschnitts durch eine andere Ausführungs¬ form,

Fig. 5 eine um 90° gedrehte Ansicht zu Fig. 4, und

Fig. 6 einen DetailVariation zu Fig. 4.

Eine Fadenspeicher- und -liefervorrichtung F gemäß Fig. 1 besitzt einen Antriebsteil A und eine beispielsweise stillstehende Speicherfläche S in Trommelform, auf der mittels eines zur Drehung antreibbaren Aufwickelorgans W aus einem in Axialrichtung durchlaufenden Faden Y ein Fadenvorrat V auf der Speicherfläche bildbar ist. Die Speicherfläche S ist beispielsweise als Stab- oder Fingerkäfig ausgebildet, dessen axiale Finger E in Umfangsrichtung beabstandet sind. Ein Vorschubelement X dient dazu, die vom Aufwickelorgan W auf der Speicherfläche S gebildeten Fadenwindungen in Fig. l von links nach rechts vorwärts zu schieben. Im Fadenvorrat V liegen die Fadenwindungen ohne Zwischenräume aneinander. An einer Gehäuse-Halterung H oder auf andere Weise ist eine optische Fühleinrichtung D stationär angebracht, die auf die Speicherfläche S von außen her ausgerichtet ist und beispielsweise die vordere Grenze des Fadenvorrats V abtastet, um eine bestimmte Vorratsgröße (Windungsanzahl) aufrechterhalten zu können. Sobald die

Fühleinrichtung D die Anwesenheit der vorderen Grenze des Fadenvorrats V feststellt, wird der Antrieb des Aufwickelorgans W abgestellt (Maximumsensor) . Wandert die Grenze des Fadenvorrats V aufgrund Verbrauchs von Faden in Fig. 1 nach links, dann wird durch ein entsprechendes Signal der Fühleinrichtung D der Antrieb des AufWickelorgans W wieder in Gang gesetzt, bis die vorbestimmte Vorratsgröße erneut erreicht ist. Dient die Fühleinrichtung D als axial einstellbarer Referenzsensor, dann stellt sie fest, wann der Vorrat V eine vorbestimmte Referenzposition auf der Speicherfläche S erreicht.

Das Vorschubelement X wird synchron mit dem Auf iσkelorgan W angetrieben, um den Fadenvorrat in Richtung zur Fühleinrichtung D (Pfeil 15) vorwärts zu schieben. Das Vorschubelement X besteht beispielsweise aus einer schräggestellten Taumelscheibe oder aus zwischen den Fingern E nach außen vorstehenden und periodisch vor- und zurückbewegten Vorsprüngen.

In den Fig. 2 und 3 ist vergrößert dargestellt, wie die Fühleinrichtung D den Faden Y bzw. den Fadenvorrat V abtastet.

Die Abtastung des Fadens Y erfolgt in einem Durchgangsbereich P, unterhalb dessen sich in der Fadenspeicher- und -liefervorrichtung F ein Hohlraum 1 befindet, der im Betrieb mit Flusen und Flusenbüscheln L aus dem Faden oder mit fremden Verschmutzungen gefüllt wird. In Längsrichtung des Fadens Y sind beiderseits des Durchgangsbereiches P die Finger E als AbStützungen vorgesehen, zwischen denen sich der Faden Y in jeder Windung frei erstreckt. Oberhalb des Durchgangsbereiches

P ist die Fühleinrichtung D angeordnet, in der eine Lichtquelle 2, z.B. eine LED-Diode, in einem Kanal 8 eines Gehäuses 7 derart angeordnet ist, daß sie Lichtstrahlen 4 in den Durchgangsbereich P unter einem spitzen Auftreffwinkel alpha richtet. In Längsrichtung des Fadens Y ist neben der Lichtquelle 2 im Gehäuse 7, ebenfalls in einem Kanal 8, ein Empfänger 3, z.B. eine Fotodiode, angeordnet, der in etwa senkrecht auf den Faden Y ausgerichtet ist. An der der Lichtquelle 2 abgewandten Seite des Fadens Y ist ein Abschirmelement 9 angeordnet, das z.B. eine glatte und Licht absorbierende Oberfläche 10 besitzt und den Hohlraum 1 gegenüber der Fühleinrichtung D zumindest im Durchgangsbereich P abdeckt.

Das Licht 4 trifft auf die Oberfläche 10 mit dem Einfallswinkel alpha auf. Die Oberfläche 10 ist zwar Licht absorbierend ausgebildet, z.B. geschwärzt, trotzdem erzeugt sie aus dem Licht 4 Reflektionslicht 5, das mit einem Ausfallwinkel (beta) seitlich an dem Empfänger 3 vorbeigeht. Die Oberfläche 10 ist so ausgebildet bzw. angeordnet, daß sie aus dem Licht 4 keinesfalls auf den Empfänger 3 treffendes Reflektionslicht erzeugt. Hingegen erzeugt der Faden Y wegen seiner räumlichen Form und seiner ungleichförmigen Oberfläche nach allen Richtungen abgestrahltes Reflektionslicht, von dem ein punktiert dargestellter Anteil 6 auf den Empfänger 3 trifft, der in etwa senkrecht oberhalb des Auftreffbereiches des Lichtes 4 auf die Oberfläche 10 angeordnet ist. Der Faden Y kann auch quer zu seiner Längsrichtung abgetastet werden, wie in Fig. 3 strichliert angedeutet ist.

ie Windungen des Fadens Y im Fadenvorrat V liegen

zwecks Reinigung z.B. unmittelbar auf der Oberfläche 10 des Abschirmelementes 9 auf. Die Oberfläche 10 kann aber auch in einem geringem Abstand unterhalb des Fadens Y angeordnet sein, so daß nur Fasern 14 des Fadens über die Oberfläche 10 streichen und diese permanent reinigen. Die Oberfläche 10 ist übrigens wie bei 11 angedeutet glatt, um möglichst wenig Reibungswiderstand für den Faden Y und möglichst kein oder nur am Empfänger vorbeigehendes Reflektionslicht zu erzeugen.

In den Fig. 2 und 3 ist die Oberfläche 10 eben. Es ist aber auch denkbar, die Oberfläche 10 in der einen oder anderen Richtung bombiert auszubilden, um einerseits eine gleichmäßige Fadenauflage zu gewährleisten oder bei einer Bombierung in Fadenvorschubrichtung 15 (Fig. 3) zu gewährleisten, daß nur eine oder wenige Fadenwindungen im Durchgangsbereich die Oberfläche 10 überstreichen und sauberhalten.

Das Abschirmelement 9 kann auf verschiedene Weise montiert werden. Beispielsweise ist es denkbar, das Abschirmelement 9 an den Fingern E oder an einem Finger E zu befestigen. Alternativ könnte das Abschirmelement 9 auch am im Betrieb stillstehenden Kern der Speicherfläche S befestigt sein.

In den Fig. 2 und 3 wird annähernd in Fadenlängsrichtung oder quer dazu abgetastet. Es ist aber auch denkbar, eine beliebige Abtastrichtung (Anordnung von Lichtquelle 2 und Empfänger 3 bezüglich der Fadenlängsrichtung) zu wählen.

In den Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der der Faden Y im von der

Fühleinrichtung D überwachten Durchgangsbereich P auf einem Finger E der Speicherfläche aufliegt. Der Finger E ist mit seitlich hochstehenden Rändern 12 und einer mittigen Vertiefung 13 profiliert ausgebildet, um kleine Berührungsflachen mit den Windungen des Fadens Y zu haben. Das Abschirmelement 9 ist in der Vertiefung 13 untergebracht. Die Oberfläche 10 berührt den Faden Y oder ist relativ zum Faden Y, der auf den Seitenrändern 12 abgestützt ist, so weit tiefergesetzt, daß nur die Fasern 14 des Fadens die Oberfläche reinigen.

Es ist eine Anordnung von Lichtquelle 2 und Empfänger 3 dargestellt, bei der das Licht 4 entgegen der Vorschubrichtung 15 des Vorrats V schräg in den Durchgangsbereich P gerichtet und der Empfänger 3 in etwa senkrecht oberhalb des Auftreffbereiches des Lichtes 4 auf der Oberfläche 10 angeordnet ist. Auch bei dieser Anordnung wird Reflektionslicht 5 von der Oberfläche 10 am Empfänger 3 vorbeigeleitet. Hingegen trifft ein Reflektionslichtanteil 6 vom Faden Y den Empfänger 3, sofern der Faden im Durchgangsbereich P angelangt ist. Das Licht H könnte auch in Vorschubrichtung 15 in den Durchgangsbereich P gerichtet sein.

Auch bei dieser Ausführungsform wird für die Fadenvorschubbewegung ein Vorschubelement X wie in Fig. 1 verwendet, um den Vorrat V vorwärtszuschieben. Es ist aber auch denkbar, anstelle eines Vorschubelementes X den Finger E in den Fig. 4 und 5 so oszillierend zu bewegen, daß die Windungen durch die Fingerbewegung vorwärtsgefördert werden, gegebenenfalls sogar mit Zwischenabständen zwischen den Windungen. Die Fühleinrichtung D tastet dann z.B. die vorderste Windung

des Fadens Y auf Ab- oder Anwesenheit oder auf Erreichen der Referenzposition im Durchgangsbereich P ab.

In Fig. 6 ist angedeutet, daß der Finger E gemäß Fig. 4 an seiner Oberseite mit der lichtabsorbierenden glatten Oberfläche 10 ausgestattet ist, z.B. in Form einer aufgebrachten Beschichtung 16. Bei dieser Ausführungsform wird der Einfluß von Reflektionslicht auch des Fingers E auf die Abtastung vermieden. Der Faden bzw. die Fasern des Fadens reinigen die Oberfläche 10 selbst.

Das in den Fig. 1 - 5 gezeigte Abschirmelement 9 ist ein einfaches, preiswertes schwarzes Kunststoff-Plättchen, z.B. aus schwarz getöntem Polyester oder Polyäthylen, mit glatter ebener Oberfläche 10. Das Abschirmelement 9 könnte jedoch auch aus einem Material bestehen, das das Licht 4 von der Lichtquelle 2 durchläßt und in der Gegenrichtung lichtundurchlässig ist, etwa wie ein einseitig durchlässiger Spiegel. Damit ergäbe sich an der der Lichtquelle zugewandten Seite eine besonders starke Lichtabsorption, während von der Rückseite des Abschirmelements 9 auf den Empfänger 3 zielendes Reflektionslicht abgeschirmt wird. Auch ein Abschirmelement 9 aus sogenanntem lichtsammelnden Kunststoff könnte benutzt werden, das auf seine Oberfläche 10 auftreffendes Licht weitgehend absorbiert und es durch interne Totalreflektion an den Seitenrändern für den Empfänger 3 unkritisch gesammelt abgibt. Grundsätzlich kann jedes Material benutzt werden, das trotz einer reibungsfreundlichen Oberfläche stark lichtabsorbierend und gegebenenfalls total reflektionsfrei ist.