Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Fü Leinri c tung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine bekannte optoelektronische FühLe i πri c htung zum Feststellen des Fadendurchgangs entlang eines Ringspalts in einer Fadenspeicher- und -l iefervor r ic htung enthält eine als Lichtquelle lichtemittierende Diode und als Empfänger eine Fotodiode oder einen Fototransistor. Eine der Empfänger läche vorgesetzte Sammellinse bündelt nur parallele Strahlen und betrachtet deshalb einen zylindrischen und bis ins Unendliche reichenden Fühlbereich. Der fadenseitige Brennpunkt der Sammellinse liegt im Unendlichen. Der Empfänger ist auf einen Schwellwert eingestellt. Bei einer vorbestimmten Veränderung der Helligkeit auf der Empfängerfläche wird das Nutzsignal erzeugt, wobei das vom jeweiligen im Fühlbereich vorliegenden Objekt abgestra lte, z.B. reflektierte, Licht gleichmäßig über die Empfängerfläche verteilt wird. Die Nutzsignale sind sehr schwach. Zu ihrer Weiterverarbeitung sind aufwendige steuerungstechnische Maßnahmen zur Verstärkung und Rauschunterdrückung erforderlich. Bei hohen Fadengesch indigkeiten moderner Text lmaschinen sind diese Fühleinrichtungen nur beschränkt brauchbar. Sie leiden besonders unter Fremdlichteinwirkung und Verschmutzung. Ein gravierender Nachteil ist die Neigung

zu FehLsignaLen aufgrund von FLusen oder F Lusenbüsche In, weil nicht zwischen dem Faden und Verschmutzungen unterschieden wird, selbst wenn letztere Licht schwächer reflektieren als der Faden. Denn naheliegende kleinere oder fernLiegende größere Verschmutzungen reflektieren genausoviel Licht wie der in korrekter Entfernung vorliegende Faden.

Bei einer aus der US-PS 34 01 267 bekannten Fühleinrichtung für Kettfäden einer Webmaschine ist der zylindrische Fühlbereich so tief wie die Gewebebrei e. Von einem Kettfaden oder von einer größeren Verschmutzung reflekt ertes Licht wird gleichmäßig auf der Empfänge rfLache verteilt. Bei ausreichender Erhellung wird das Nutzsignal erzeugt. Die Fühlei nri chtung wird in der Praxis nicht benutzt.

Die Schwäche des Nutzsignals und die

Störungsanfäl L igkei t bei fremden Objekten resultieren aus dem Prinzip, einen sehr tiefen, praktisch bis ins UnendLiche reichenden Fühlbereich zu betrachten und Lichtänderungen auf der dann jeweils voll erheLlten Empfänge rfLache zur Si gnale rzeugung abzugreifen, wobei ein rauschempfi nd L i ehe r Schwellwert zugrundegelegt ist.

Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine

FühLe nri chtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der starke, eindeutige und störunanfäl L ige

Nutz.signale erzeugbar sind. Ferner soLL die

Fühleinri chtung universell für Anwendungsf l Le brauchbar sein, bei denen nicht nur die Anwesenheit eines Fadens, eines Faden-TeiLs oder mehrerer Fäden estzustellen ist, sondern auch die Position oder Größe bzw. die

Bewegungsgeschwindigkeit oder eine Größenveränderung eines bestimmten Objekts im Fühlbereich zu ermitteln ist.

Die gestellte Aufgabe wi rd erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Me rkmalen gelöst.

Die Abbildungsopti ignoriert den bis ins Unendliche reichenden Raum und überwacht ausschließlic den begrenzten Fühlbereich. Die Abbildungsoptik stellt auf der Empfängerfläche eine scharfe Abbildung des Objekts, d.h. des Fadens, der Fäden oder eines Fadenteils, dar, wobei Fremdl ichteinf Luß, Verschmutzungen oder andere

Störgrößen weitgehend ignoriert werden.

Aus der Abbildung wi rd nämlich in einem weiteren Schritt eine, z.B. digitalisierte, fiktive

Abbildung abgeleitet, die zu dem Nutzsignal verarbeitet wird, das wesentlich stärker und eindeutiger ist als ein nur aus einer Li c ht i ntensi tät sände rung erzeugtes Signal.

FLusen, F L usenbüsche L oder Verschmutzungen im

Fühlbereich führen zu anderen Abbildungen als der Faden.

Das starke und eindeutige Nutzsignal, das beispielsweise in digitaler Form erzeugt wird, ist mit geringem

Ve rstä rkungs- und Filteraufwand zu verarbeiten, und gerade dann sehr brauchbar, wenn nur oder auch eine

Bewegung, die

Bewegungs ri c htung, die Bewegungsgeschwindigkeit, eine

Dimension oder eine Di ensionsveränderung des Objekts festzustellen ist. In Fadenspeicher- und

-Liefervorrichtungen Läßt sich die Fühle i nri chtung als

Fadensensor für den Fadendurchgang, zum Feststellen des

Zeitpunkts des Fadendurchgang, ferner zum Feststellen der Durchgangsgesch indigkeit und Durchgangsrichtung verwenden. Möglich ist es ferner, bisher übliche

Minimum- und Maximum-Sensoren für die Größe des

Fadenvorrats durch die Fühle i nri chtung zu ersetzen, die

eine Abbildung des Fadenvorrates auf der Empfänge rf Lache erzeugt und Aufschluß über die Dimension des Fadenvorrates, über die Lagen der Vorratsgrenzen auf der Empfängerfläche sowie die Dimensionsveränderung und sogar die Geschwindigkeit und Richtung der Di ensionsveränderung feststellt. Auch kann die Fühleinri chtung den Fadenlauf auf Fadenbrüche, z.B. beim Auslaß des Aufwi ckelorgans, überwachen und die Gesch ndigkeit des Fadendurchgangs ermitteln, wobei die FühLei nri chtung auch zur Steuerung des Aufwickelant riebs verwendet werden kann, z.B. als Zählorgan der Anzahl aufgewickelter Fadenwindungen (die der Anzahl der Fadendurchgänge entspricht) und/oder als Meßorgan der jeweiligen Geschwindigkeit des Aufwi ckelant riebs (entspricht dem Ist-Wert, d.h., einem Feed-Back-Signal zur Antriebssteuerung) auf der Basis von die Zeitpunkte der sequentiellen Fadendurchgänge repräsentierenden Signalen. Diese Anwendung der Fühleinri chtung, die auch herkömmlicher optischer Bauart sein kann, bedeutet hier nach einem eigenständig erfinderischen Aspekt, daß der an sich bekannte, normalerwe se p i ezo-eLekt rische, Fadenlaufsenso r am spulensei t gen Eingangsende der Vorrichtung und/oder der an sich bekannte, normalerweise induktive, Gesch ndigkeitssensor für die Bewegung des Aufwickelorgaπs (für den Feed-Back-Ist-We rt der jeweiligen Aufw i cke Lgesc hw indi gkei t) dann wegfällt. Die FühLei nri chtung gemäß der Erfindung oder die an dieser Stelle benutzte konventionelle optische Fühleinrichtung erbringt dann diese Letztgenannten Sensor-Funktionen mit einer einzigen Komponente (Anspruch 27), die einfach in die Vorrichtung e ingl iederbar ist.

Vorteilhaft ist die Ausführungs orm gemäß Anspruch 2. Diese scharfe Abbildung, die nicht notwendigerwe se die

ganze Empfänge rf l äc he gleichmäßig erhellt, wi rd vom Bi ldwandler bei der Erzeugung des Nutzsignals präzise ausgewertet. So untersche det der Bildwandler zwischen falschen und dem richtigen Objekt, wobei er neben Form¬ oder Größenunterschieden auch die Helligkeit der Abbildung feststellt. Eine entsprechende Auslegung des Bi ldwandlers im Hinblick auf eine digitalisierte Abbildung des richtigen Objekts und die Vorgabe obj ekt spezi f i sehe r SchwelLwerte führt zum Eliminieren von Fehlsi gnal en.

Wichtig ist die Ausfü rungsform gemäß Anspruch 3, weil zur Feststellung der Anwesenheit des Fadens durch die Eingrenzung der Füh l be re i c hb re i te ein deutliches Nutzsignal erzeugbar ist. Die Abbildung kann die ganze Emp ängerfläche bedecken. Das Nutzsignal liegt in seiner Stärke erheblich oberhalb eines bei Abwesenheit des Fadens vorliegenden G rundsi gnal s . Die Fühleinrichtung läßt sich genau auf die Fadenqualität einjustieren. Dadurch erkennt der Bildwandler die Abbildung einer Verschmutzung, z.B. aufgrund ihrer Form Größe und/oder L c ht i ntens i tät . Bei richtiger Einstellung unterdrückt er dann jedoch ein Fehlsignal.

Eine weitere wichtige Ausführungsform geht aus Anspruch 4 hervor. Der Bildwandler ist in der Lage, die Abbildung eines Fadenvorrats aus mehreren Fäden abzutasten und von Größe, Veränderung der Größe, von Richtung und Geschwindigkeit der Veränderung abhängige Nutzsignale zu erzeugen. Die Nutzsignale sind wegen ihrer Stärke und Eindeutigkeit zur Steuerung z.B. einer Fadenspeicher¬ und -L i efe rvor ri chtung, benutzbar.

Die Fühleinrichtung ist gemäß Anspruch 5 oder 6 für untersc iedlich große Fadenvorräte einsetzbar. Ferner

kann die Fühleinrichtung bei dieser Auslegung Bewegungen des Fadenvorrats innerhalb des Fühlbereic es ermitteln und die Bewegungen repräsentierende Nutzsignale e rzeugen.

Zu einer Matrix zusammengesetzte Fotoelemente oder Lichtsensitive Elemente gewährleisten eine hohe AufLösung der Abbildung und eine genaue Auswertung der AbbiLdung. Bei sequentieller Abtastung der Matrix über die Steuerschaltung werden Signalketten erzeugt, deren Unterschiede zur Bildung des oder der Nutzsignale herangezogen werden. Die Fühleinrichtung arbeitet ähnlich einer CCD-Kamera Kamera mit variablem Si gnalverL auf (Anspruch 7).

Eine funktionssichere und kostengünstige Ausführungsform geht aus Anspruch 8 hervor. Ein Lichtpunkelement oder Pixel wird von der Abbildung vollständig beaufschlagt. Die Anfälligkeit gegen Störungen aufgrund von Fremdl ichteinfluß oder bei Flusenbüscheln ist gering. Eine genauere Auswertung Läßt sich erreichen, wenn die EmpfängerfLache eine Vielzahl dicht anei nande rgesetzte r Pixel aufweist, mit denen genau der Umriß und die Licht intensität nur der AbbiLdung auswertbar sind.

Gemäß Anspruch 9 wird ein in Abtast ri chtung breiter Bereich geschaffen. Die Matrix gestattet bei sequentieller Abtastung die Bewegung oder Veränderung der Dimension der Abbildung zu ermitteln, und dann weitere davon abhängige Nutzsignale zu erzeugen.

Die gemäß Anspruch 10 größere Dimension der Matrix Läßt es zu, zwei Grenzen der AbbiLdung abzutasten und deren Bewegung zu verfolgen.

Gemäß Anspruch 11 Läßt sich die Fühleinrichtung an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Beispielsweise kann die Auflösung durch Deakti ierung einzelner Pixel verstellt werden. Auch läßt sich der Bereich verlagern, in dem die Abbildung ausgewertet wird. Durch Deaktivieren einzelner Pixel wi rd auf Anwendungsf äl Le umgestellt, bei denen zur Abtastung eines Fadens nur wenige Pixel benutzt werden. Zur Abtastung eines Fadenvorrates wird hingegen eine fL chenförmi ge oder zur Geschwindigkeit sfeststel Lung eine rei henfö rmi ge Matrix e i ngesetzt.

Es lassen sich wahlweise auch Nutzsignale erzeugen, die nicht nur die Anwesenheit des Objektes, sondern auch seine relative Größe, die Lagen seiner Grenzen, seine Größenveränderung, seine Bewegung oder Bewegungsgeschwind gkeit repräsentieren. Auch die Bewegungsrichtung oder die Richtung der i ensionsveränderung lassen sich feststellen (Ansprüche 12, 13, 14).

Gemäß Anspruch 15 wird die Bewegungs ri c htung, die Bewegungsgeschwindigkeit oder überhaupt eine Bewegung eines Objekts durch den Fühlbereich in deutliche Nutzsignale verarbeitet.

Eine wichtige Ausfü rungsfo rm geht aus Anspruch 16 hervor. Das Objektiv stellt die scharfe Abbildung auf der Empfängerfläche her und schafft die Voraussetzung für die Stärke und Klarheit des oder der Nutzsignale. Die Abbildungsschärfe ist so gewählt, daß der Bildwandler die Abbildungsgrenzen feststellen kann. Dies bedeutet, daß die Randschärfe der Abbildung auch schwächer oder stärker als diejenige Schärfe ist, die das menschliche Auge zum Erkennen benötigen würde. Mit

der Sammellinse läßt sich die Abbildung verkleinert oder vergrößert auf die Empfängerfläche bringen. Die Umgebung des Objekts wi rd ignoriert, was der Abb ldungsschärfe zugutekommt. Eine eventuelle Verzerrtendenz der SammeLlinse im Randbereich kann dadurch kompensiert werden, daß nur ein Kernbereich der Sammellinse genutzt i rd.

Eine gemäß Anspruch 17 vorgesehene Blende erhöht die Sicherheit gegen Abbildungs ehler. Bei entsprechend leistungsfähigem Objektiv, auch mit Verwendung z.B. kohärenten Lichtes, und mit entsprechend ausgelegter Blendenanordnung kann die Fühleinrichtung einen tiefen Fühlbereich problemlos überwachen oder sogar einen Ringspalt, wie er bei einer Meßvorrichtung einer Fadenspeicher-, -liefei— und -meßvor ri chtung vorliegt.

Ein Objektiv (Ansprüche 18, 19) ist Leistungsfähig und läßt es zu, die Fühleinrichtung im Abstand vom Fühlbereich anzuordnen, z.B. um den Fadendurchgang nicht zu behindern.

Wichtig ist es, die Füh Le inr c htung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen anzupassen oder in ihrer Empf ndlichkeit zu verstellen ⁽ Ansprüche 20 und 23).

Alternativ wird mit einer Hohl spi egelvor r i chtung oder einem Parabolspiegel bei bestimmten Voraussetzungen die notwendige scharfe Abbildung geschaffen (Anspruch 21).

Für einfache Anwendungsfäl Le reicht es aus, die

Abb Ldungsopti nur durch eine Blendenöffnung zu bilden

(Anspruch 22) .

Mit der Ausführungsform von Anspruch 24 wi rd zumindest

ein Teil eines Ringspaltes überwacht. Die Krümmung des Ringspaltes hat bei einem leistungsfähigen Objektiv keine Verschlechterung der Abb i Idungsqual i tät zur Folge. Gegebenenfalls kann auch die Empfänge rf L äche gekrümmt sein, was bei Verwendung einer flächigen Matrix aus Pixeln einfach ist.

Die den Fadendurchgang überwachende Fühle i nri c htung läßt sich gemäß Anspruch 25 im Ring der Meßvorrichtung der Fadenspeicher- und -L iefervorrichtung unterbringen. Dadurch wi rd der Zugang zur Speicherfläche so wenig wie möglich behindert.

Bei der Verwendung gemäß Anspruch 26 ersetzt die Fühle i nri c ht ung konventionelle Minimum- und Maxi mumsensoren.

Alternativ läßt sich die Fühleinrichtung gemäß Anspruch 27 zur Fadenbruchüberwachung und/oder

Geschwindigkeitsmessung des Aufw cke Ivo rgang s einsetzen. Aus dem be rührungs Los festgestellten Fadendurchgang bzw. dem Verschwinden der zumindest ersten Windung im Vorrat sind nämlich sehr deutliche Signale ableitbar, die sich mit geringem Aufwand so weiterverarbeiten Lassen, daß sie präzise primär einen Fadenbruch anzeigen, sekundär hingegen für andere Zwecke (Geschwindigkeitsmessung, i ndungszähl ung, Fadenl auf e Idung etc. ) dienen.

Eine weitere Ausführungsform nutzt gemäß Anspruch 28 Laserlicht zum Abbilden des Fadens bzw. Fadenteils auf der Empfängerfläche. Die Abbildungsoptik ist durch die Läse rL i c htquel L e und das kohärente Licht im Li cht st rahlbündel ersetzt.

Gemäß Anspruch 29 ist sichergestellt, daß die Abbildung

des Objektes auf der Empfängerfläche scharf ist. Durch Abstimmung der Lagen der bild- und der obj ektsei ti gen Brennpunkte des Objektivs läßt sich eine wünschenswerte Vergrößerung oder Verkleinerung der AbbiLdung in Relation zur tatsächlichen Größe des Objektes einstellen. Ferner ignoriert die Optik seitlich oder, hinter bzw. vor dem Fühlbereich liegende Objekte.

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

Fig. 1 eine schematische Seiten¬ ansicht einer Fadenspei eher- und -l i efervo rri c htung mit Anwendungsfällen von opto¬ elektronischen Fühleinrich¬ tungen,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt ei¬ ner Fühleinrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Fühlein¬ richtung mit einem Bildwandler,

Fig. 4A,4B zwei Arbeitsphasen der Fühl¬ einrichtung von Fig. 2,

Fig. 5 vier verschiedene Möglichkei¬ ten a-d zur Ausgestaltung des Bildwandlers der Fühleinrich¬ tung,

Fig. 6 vier der Fig. 5 zugehörige

Schemata zur Verdeutlichung der Funktion, und

Fig, schematisch eine andere Aus¬ führungsform einer Fühleinrich¬ tung.

Eine Fadenspeicher- und -L iefe rvorrichtung 1 ist mit drei verschiedenen Fühle i hr i chtungen F für verschiedene Funktionen bestückt. Die Vorrichtung 1 enthält ein von einem Antrieb 2 getriebenes Aufw ckelorgan 4, das einen durch den Antrieb 2 zulaufenden Faden 7 in Windungen zu einem Fadenvorrat 8 auf eine Spe i ehe rf L äche 3 aufwickelt. Daraus wird der Faden 7 überkopf unter einem Ring 5 (Ringspalt 9) in Umfangs ri c htung umlaufend und durch eine Fadenöse 6 abgezogen. Eine im Ring 5 angeordnete optoelektronische FühLei nri chtung F stellt den Durchgang des Fadens 7 bei jedem Umlauf fest und erzeugt Nutzsignale, die, beispielsweise, zum Berechnen der Länge des abgezogenen Fadens, seiner Geschwindigkeit oder zum Feststellen eines Fadenbruchs verarbeitet werden .

Die dem Aufwi c ke lo rgan 4 zugeordnete optoelektronische Fühleinrichtung F stellt be ruhrungs Los den ordnungsgemäßen Durchgang des Fadens 7 und die Geschwindigkeit des Aufw i c e l o rgans 4 bzw. des Antriebs 2 fest. Auch wird ein Fadenbruch festgestellt, wenn das aus dem Durchgang des Fadens zu einem bestimmten Zeitpunkt erwartete Nutzsignal ausbleibt. Diese FühLei nri chtung überwacht entweder den aus dem Wickelorgan 4 austretenden Faden 7 bei seinen Passagen (auf einen Fadenbruch stromauf oder /und auf die Wickelgeschwindigke t oder die W indungszahl ) oder den Bereich zumindest der ersten Fadenwindung im Vorrat 8 (auf einen Fadenbruch stromauf). In beiden Fällen dient die Fühleinrichtung auch zur Feststellung der linearen Fadenbewegung .

Die dritte FühLei nri chtung F ist außerhalb der Speicherfläche 3 an einer Halterung stationär angebracht und auf den Fadenvorrat 8 ausgerichtet. Sie übewacht einen bal kenförmigen Fühlbereich, in dem die Windungen als langgestrecktes Objekt, gegebenenfalls unterbrochen durch Zwischenräume, vorliegen. Lichtquellen 10 leuchten den Fühlbereich aus, damit die Fühleinrichtung F mittels eines Objektivs mit Sammellinse 11 eine Abbildung des Objekts auf einer sensitiven Empfängerfläche 12 herstellt. Ein Bildwandler 13 erzeugt unterschiedl che Nutzsignale aus der Abbildung, wie später erläutert wird. Diese drei Fühleinrichtungen F sind eine Auswahl aus einer Vielzahl von .Mögl i chkei ten des Einsatzes solcher Fühleinrichtungen. Grundsätzl ch sind diese Fühle nrichtungen zur Nutzsignalerzeugung unter genauerem Abtasten eines oder mehrerer Fäden oder Fadenteile brauchbar, und zwar für Textilmaschinen wie Webmaschinen, für diesen vorgesetzte Einrichtungen oder auch in der Textilmaschine selbst.

Fig. 2 ist ein Schnitt der Fühle nrichtung F im Ring 5. Als Lichtquelle L dient eine Fotodiode 10, die durch einen schrägen Kanal 14 in den Ringspalt 9 leuchtet, durch den der abgezogene Faden 7 quer hindurchgeht. Einund Ausfal Iswi nke L sind jeweils ca. 20 . Auf den beleuchteten Faden 7 ist ein Fotoelement 15, z.B. eine Fotodiode oder ein Fototransistor, mit einer Empfängerfläche 16 ausger chtet, die am Ende eines als Blende ausgebildeten, ausgekleideten Rohres 7 liegt, an dessen anderem Ende eine Abbildungsoptik 18, z.B. eine Sammellinse, angeordnet ist. Die optische Achse 20 der Sammellinse ist auf die Empfängerfläche 16 und den Faden ausgerichtet. An der anderen Seite der Abbi Ldungsopti k 18 ist als weitere Blende 19 ein, vorzugsweise

l chtabsorbierend ausgekleideter Kanal, vorgesehen. ^■ D ie Ringspaltweite W beträgt z.B. 5mm. Darauf ist die Tie enschärfe der Abbildungsoptik 18 ausgelegt, die den außerdem in der Breite, z.B. auf die Breite des Fadens 7, begrenzten Fühlbereich betrachtet. Der Fühlbereich ist also optisch sowohl in der Tiefe als auch zumindest in der Breite exakt begrenzt.

Tritt der Faden 7 in den Fühlbereich ein, so stellt die Abbi ldungsoptik 18 vom Faden eine scharfe AbbiLdung auf der Empfängerfläche 16 her, die vom Fotoelement 15 zur Erzeugung eines Nutzsignals ausgewertet wi rd.

Gemäß Fig. 3 stellt ein die Abbildungsopti A darstellendes Objektiv J die Abbildung BF' des Fadens 7, dargestellt durch einen das Objekt repäsent i e renden Pfeil BF, auf der Empfänge rf L äche 16 her. Die objekt- und bildseitigen Brennpunkte F1, F2 des Objektives J, das hier wenigstens eine bikonvexe Sammellinse 11 enthält, Liegen jeweils zwischen dem Objektiv J und der Empfängerfläche 16 und zwischen dem Objektiv J und dem Ringspalt 9. Das Objekt BF wird spi ege l ve rkeh rt und mit einer einstellbaren Vergrößerung oder Verkleinerung auf αer Empfängerfläche 16 abgebi ldet und vom Fotoelement 15 zur Abgabe des Nutzsignals ausgewertet. Der Fühlbereich hat eine Breite B und eine Tiefe T, die höchstens der Tiefe des Ringspalts 9 entspricht. Die Blenden 19, 17 verbessern die Schärfe der Abbildung BF' und stellen die Tiefenschärfe im Fühlbereich ein. Die Blenden 19, 17 kompensieren Abbildungsfehler durch ggfs. verzerrende Randbereiche der Sammellinse 11.

Gemäß Fig. 4A deckt die scharfe Abbi ldung BF' nahezu die gesamte Empf änge rf L äc he 16 ab. Nur die horizontal schraffierten Ecken liegen außerhalb der Ränder der

H

Abbildung BF' . Das Fotoelement 15 ist als Bildwandler BW konzipiert oder mit einem Bildwandler BW kombiniert, der die AbbiLdung innerhalb ihrer Grenzen auswertet und ein Nutzsignal S1 erzeugt, z.B eine digitale 1. Das Nutzsignal 1 wird nur erzeugt, wenn der Bildwandler BW eine bestimmte Li cht intensi tat der Abbildung innerhalb der scharfen Grenzen feststellt, was durch die dichte Schraffierung des kleinen die EmpfängerfLache 16 andeutenden Kästchens oberhalb von Fig. 4A angedeutet wi rd.

Tritt hingegen gemäß Fig. 4B ein F lusenbüscheL in den Fühlbereich, dann ist dessen Abbildung B * zwar größer als die AbbiLdung BF'. Wegen der größeren Li chtdurchlässigkei t des Flusenbüschel s hat die Abbildung B ' auf der Empfängerfläche 16 eine geringere Helligkeit. Der Bildwandler stellt die geringere Helligkeit fest und erzeugt kein Nutzsignal, sondern ein Grundsignal S2 oder ein anderes Signal, z.B. eine digitale 0.

Der Bildwandler BW kann (s. Fig. 5) aus mehreren Fotoelementen in Reihen- oder Matrixform zusammengesetzt sein, um die Abbildung möglichst präzise auszuwerten. Gemäß Fig. 5 (a,b) ist die Empf nge rf L äche 16, die dem Bildwandler BW zugehört, als flächige Matrix (hier drei Reihen R1 , R2, R3) einzelner abb Ldungssens t ive r L chtpunktelemente oder Pixel 21 ausgebildet, die an eine sequentiell (z.B. von links nach rechts) abtastende Steuerschaltung (nicht dargestellt) angeschlossen ist. In Fig. 5, a ist die AbbiLdung BF' des Fadenvorrats 8 ein langgestrecktes Rechteck, zu dessen beiden Schmalseiten nicht beleuchtete Pixel vorliegen. Im zugehörigen, in Fig. 6, A, gezeigten Fühlbereich mit der Breite B liegen fünf Windungen des Fadens 7, zwischen

denen schmale Abstände herrschen. Daraus ist die Abbi ldung B F '3 hergestellt. Der Bildwandler BW wandelt die Abbildung BF' _R in digitalisierter Form bei jeder Abtast sequenz in eine rechts neben Fig. 5, a, gezeigte Signalkette um (Diagramm Spannung über Zeit). Es ergeben sich fünf deutliche Signale in der Signalkette, vor und hinter denen keine deutlichen Signale vorliegen. Der Zeitpunkt t1 repräsentiert den Beginn des Fadenvorrats 8 in Abtast ri chtung, die Zeitspanne tx entspricht der Größe des Fadenvorrates bzw. der Anzahl der Windungen, der Zeitpunkt t2 repräsentiert das Ende des Fadenvorrats. Diese Signale t1, tx, t2 sind wie auch die absoluten Signalwerte in der Signalkette repräsentati für die Größe und Lage des Vorrats 8 im Fühlbereich.

In der nächsten oder in einer der nächsten

Abtast Sequenzen ist der Fadenvorrat 8, Fig. 6, B, auf zwei Windungen verkleinert, und zwar von der rechten

( Abzugs-) Sei te. Gemäß Fig. 5b ist die Abbildung BF' o entsprechend kleiner. Es werden in der Matrix des Bi ldwandlers BW weniger Pixel von der Abbildung getroffen. Die im Diagramm rechts neben Fig. 5, b, gezeigte Signalkette enthält nur mehr zwei deutliche Signale. Das der Zeitpunkt tw und die Zeitspanne tx1 gegenüber den vorher ermittelten t2, tx differieren, können durch Vergleich (z.B. in einem Mikroprozessor) sowohl die Verringerung der Größe der Abbildung als auch die Richtung der Abnahme ermittelt werden. In Abhängigkeit von dem Ergebnis kann das Aufwi c kelo rgan 4 (Fig. 1) den Vorrat 8 wieder vergrößern. Wächst der Fadenvorrat 8 über eine bestimmte Größe, was durch die fortlaufende Abtastung festgestellt wird, wird der Antrieb 2 (Fig. 1) wieder abgestellt. In der Regel wi rd dann so verfahren, daß mittels der Abtastung ein kontinuierlicher Antrieb für das Fadenaufw ckelorgan 4

eingestellt wird. Eine nicht mehr kompensierbare Verkleinerung oder Vergrößerung der Abbildung BF' _g während der Abtastung bedeutet eine Störung, z.B. einen Fadenbruch, was zu einer Störungsanzeige oder zu einem Abschaltsignal verarbeitet wird.

Gemäß Fig. 5 c und d und Fig. 6, C, D, wird mittels einer Reihenmatrix R aus Lichtpunktelementen 21 die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des den Fühlbereich mit der Breite B quer durchsetzenden Fadens 7 (im Fühlbereich gemäß Fig. 6, C und D) in entsprechende Nutzsignale (Zeitabstand dt und digitale Einsen) gewandelt, aus denen die Fadengeschwind gkeit oder die Länge des abgezogenen bzw. aufgewickelten Fadens ermittelt wird (in Fig. 1 bei der Fühleinrichtung F beim Aufwi cke Lorgan 4). Zusätzlich können die Nutzsignale, die mit einem Mikroprozessor verarbeitet werden, bei zu starken Unregelmäßigkeiten oder bei Ausbleiben zum ^• E rzeugen eines Störungsanzeige- oder Abschaltssignals benutzt werden.

Auch die Überwachung des Fadenvorrates 8 könnte mit der Reihe R der Li chtpunktelemente 21 (Fig. 5c und d) durchgeführt werden. Eine flächige Matrix (Fig. 5a und b) hat allerdings den Vorteil besonders deutlicher und starker Signale und vermeidet Probleme, die sich aus Problemen der ordnungsgemäßen Ausrichtung der optischen Achse des Objektivs J auf die Empfänge rfLache 16 bzw. den Bildwandler BW ergeben könnten.

Gemäß Fig. 5, c und d, führt die Abbildung BF' des Fadens 7 bei der Bewegung in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen zu einer Signalkette, in der jeweils ein einziges, das Vorliegen der AbbiLdung BF' repräsentierendes Signal zu unterschiedl chen

Zeitpunkten auftritt. Der Zeitunterschied dt wird zur Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungs ri c htung ausgewertet. Dabei wird auch das ordnungsgemäße Vorhandense n des Fadens 7 festgestellt, weil FLusen oder anderre Fremdkörper leicht erkennbare und deshalb unterscheidbare Signale bewirken.

In Fig. 5, d, ist angedeutet, daß in der Reihe R der Bi LdpunkteLemente 21 nur ein mit A begrenzter Bereich aktiv ist, während die mit D angedeuteten Bereiche deaktiviert sind. Auf diese Weise ist eine Eingrenzung der Abtastung eingestellt. Dies läßt sich auch bei der flächigen Matrix (Fig. 5, a, b) vornehmen. Zur Veränderung der Auflösung der Abtastung könnten in der Reihen- oder der flächigen Matrix aufeinanderfolgend aktive und deaktivierte Lichtpunktelemente 21 eingestellt werden, was zweckmäßigerweise über eine Eingrenzvorrichtung in der Steuerschaltung der Matrix geschieht. Dies bewirkt, z.B., daß in Fig. 6, D, der Fühlbereich nur die Breite B1 hätte, weil die Bereiche D ignoriert werden. Eine Eingrenzung des Fühlbereiches kann aber auch durch die Einstellung der Blenden 17, 19 oder das Objektiv J Abbildungsoptik 18 vorgenommen we rden.

In Fig. 7 wird durch den Ringspalt 9 ein Bündel kohärenten Lichtes 22 von einer Läserl i c tqueL le Q auf die Empfängerfläche 16 gerichtet. Die AbbiLdung BF' des Fadens 7 wird aufgrund des kohärenten Lichts 22 scharf genug, so daß der Bildwandler BW, auch in Form einer flächigen oder rei enförmigen Matrix zuverlässig auswe rtet.

Vergleich der Funktionen einer Fü Le i nr c htung gemäß den Fig. 2 und 3 und einer FühLei nri chtung mit einer

Sammellinse ohne exakt begrenzten Fühlbereich:

Voraussetzungen: Faden mit einem Durchmesser von 0,4mm und einer L chtdämpfung von 30%. Flusenbüschel mit 4mm Durchmesser und einer Lichtdämpfung von 6%. Die Größe der Empfängerfläche 16 ist auf den Durchmesser des Fadens 7 abgestimmt, d.h. die von der Abbildungsoptik 18 hergestellte Abbildung bedeckt die Empfängerfläche 16. Die bekannte Fühleinrichtung überwacht mit der Sammellinse einen Zylinder mit einem Durchmesser von 6mm.

Bei der bekannten Fühleinrichtung hat der Fühlbereich somit eine Fläche von ca. 27mm , wobei die Fläche, die der Faden innerhalb des Fühlbereichs einnimmt, ca. 2,4mm beträgt. Daraus ergibt sich für den Faden eine Modulation von ca. 2,6%. Das Flusenbüschel repräsentiert eine Fläche von ca. 12mm bei einer Modulation von ebenfalls 2,6%. Daraus geht hervor, daß das Fadenbüschel die gleiche Lichtmodulat on erbringt wie der Faden, obwohl seine Lichtdämpfung nur 1/5 der Lichtdämpfung des Fadens beträgt. Die bekannte Fühleinrichtung erzeugt beim Flusenbüschel im Fühlbereich ein Fehlsignal.

Bei der neuen Fühleinr chtung ist der Fühlbereich auf 0,13mm eingegrenzt, wobei die Fläche des Fadens im Fühlbereich ebenfalls 0,13mm beträgt, d.h., der Faden füllt den Fühlbereich aus, seine Abbildung auf der Empfängerfläche bedeckt diese. Die Lichtmodulation des Fadens ist 30%. Ein im Fühlbereich vorliegendes Flusenbüschel wird auf 0,13mm abgetastet, was zu einer L chtmodulation von nur 6% führt. Das Fotoelement ist aufgrund des Faktors 5 zwischen den abgetasteten Objekten in der Lage, zwischen dem Faden und dem Flusenbüschel zu unterscheiden und ein Fehlsignal zu unterd rücken.