專利名稱：識別絲線卷繞到旋轉(zhuǎn)著的輥子上的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的識別絲線卷繞到一個旋轉(zhuǎn)著的輥子上的方法和實現(xiàn)這個方法的裝置。
眾所周知，筒子，特別是一個合成絲線的卷筒的直徑借助于一個設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)的探測輥子來求得。對此探測輥子靠在筒子上并和它一起旋轉(zhuǎn)。如果在探測輥子的區(qū)域出現(xiàn)絲線故障，絲線就會被卷到探測輥子上。這種不要求的絲線卷繞導(dǎo)致運行故障。這個運行故障也會引起裝在卷繞頭前面的往復(fù)裝置的故障，并在較短的時間內(nèi)由于卷繞在探測輥子上的絲線并迅速擴大而引起絲線卷繞裝置的嚴(yán)重?fù)p壞。
為了使運行故障和損壞的程度盡可能減小，已經(jīng)推薦在探測輥子的切向設(shè)置一個傳感片。因為探測輥子是在振動著的，因而探測輥子和傳感片之間必須留有一個氣隙。為了確保在任何運行條件下不會由于傳感片產(chǎn)生誤報警，氣隙必須做得適當(dāng)?shù)卮?。這會產(chǎn)生以下缺點，要使傳感片發(fā)生報警信號，探測輥子上必須已經(jīng)繞了可觀的絲線。
有鑒于此已經(jīng)準(zhǔn)備好了以下的建議配備一個平行于卷繞裝置探測輥子設(shè)置的光柵。如果現(xiàn)在有一個纖維繞上了探測輥子，那末接收到的光的數(shù)量會由于卷繞而發(fā)生變化。如果低于預(yù)先給定的數(shù)值(光電流)，將發(fā)出報警信號。
但是這個辦法沒有考慮探測輥子的振動。探測輥子的振動是由于圓度的不精確以及彎曲或者在紗線卷筒上的壓力產(chǎn)生的徑向振動引起的。同樣軸承的間隙，相鄰紗線卷筒的(質(zhì)量)不平衡和振動的傳遞也會產(chǎn)生這種振動。
因此這種辦法也不能提供對探測輥子或接觸輥子滿意的監(jiān)測。
最后由DE 2628 994 A1得知為了在旋轉(zhuǎn)著的接觸輥子或探測輥子的選定縱剖面內(nèi)對絲線卷繞(到探測輥子上)進行監(jiān)測，從裝在輥子上方一定徑向距離的一個光源處發(fā)生一束與輥子的監(jiān)控區(qū)成0°到90°之間的一個角度的光，反射光通過一個光敏傳感器接收并轉(zhuǎn)變成電信號。由此量出反射光或者由卷繞引起的散射光強度的變化，進行評估并轉(zhuǎn)變?yōu)榧喚€切割裝置的動作。
這種已知方法的缺點(本發(fā)明的出發(fā)點)是監(jiān)控區(qū)基本上是點狀的，卷繞裝置的(探測)輥子全長只有以很大的技術(shù)費用才能進行監(jiān)控。但是當(dāng)例如在不斷的往復(fù)運動時在軸的沒有受監(jiān)控的截面內(nèi)產(chǎn)生絲線卷繞時這是必需的。卷筒可以運用多個沿輥子安裝的光源和檢測裝置，或者作為另一種選擇通過光源和光敏傳感裝置的往復(fù)運動也可以識別這種絲線卷繞。但是由此系統(tǒng)的反應(yīng)時間很長，對于高的卷繞速度這種監(jiān)控方法不適用。此外在輥子表面弄臟后反射性能就變差，難以穩(wěn)定地工作，因此這種已知裝置的功能可靠性受到很大的限制。
因此本發(fā)明的目的在于提出一種及早識別絲線處理或絲線卷繞裝置中不要求地卷繞在旋轉(zhuǎn)著的輥子的監(jiān)控區(qū)內(nèi)任何地方的絲線的方法，它可以安全和可靠地工作。其次應(yīng)該提出一裝置，用它能夠以較高的功能可靠性和較短的反應(yīng)時間識別這種裝置的輥子上繞上了絲線。
對于按本發(fā)明權(quán)利要求1的前序部分所確定的那種方法該目的由權(quán)利要求1的特征部分來實現(xiàn)。(本發(fā)明)有利的進一步設(shè)計是權(quán)利要求2至10的對象。一種按本發(fā)明的用來識別在卷繞裝置的輥子上繞上絲線的裝置是權(quán)利要求11的對象。這個裝置的有利的進一步結(jié)構(gòu)是權(quán)利要求12至20的對象。
通過按本發(fā)明的方法開辟了識別繞到一個旋轉(zhuǎn)著的、部分地被行進中的絲線環(huán)繞的輥子上的絲線的新途徑。為此建議，由一個光源將一束光線以與輥子的母線成一個入射角α投射到輥子上，使它在輥子監(jiān)控區(qū)的整個長度上延伸成一個光帶，如果評估在輥子監(jiān)控區(qū)內(nèi)至少繞上了一根絲線，由繞上的絲線所反射的散射光通過一個傳感裝置檢測并發(fā)生報警信號。光傳感器的位置在權(quán)利要求書中得到。
這種方法是基于如下設(shè)想通過一個最好是相對于輥子的監(jiān)控區(qū)基本上垂直設(shè)置的評估裝置使輥子的徑向振動對絲線識別沒有影響。因此也許在輥子上繞上唯一的一根絲線就已經(jīng)能評估了。但是光傳感器也可以裝在別的部位。以一束回環(huán)地投射的平行或擴大的光線射向輥子的措施，特別地提供了以下優(yōu)點如果正確地調(diào)整相對于輥子外周面的入射角α，那么在輥子兩個相隔一定間距的法平面之間的整個監(jiān)控區(qū)只要用一個單獨的光源和所屬的光學(xué)投影儀照明。入射角的調(diào)整取決于卷繞運行時輥子振動的振幅，輥子制造時的加工誤差和輥子上可能存在的起動環(huán)(Anlaufring)的高度。這個入射角α在3°到10°之間，最好是5°，在個別情況下根據(jù)具體結(jié)構(gòu)情況通過試驗確定。因此可在整個監(jiān)控區(qū)內(nèi)同時識別卷繞，而按現(xiàn)有技術(shù)水平只能通過順序測量逐點識別。因此這樣來評估絲線，由多股長絲組成的絲線反射光線好象在絲線卷繞裝置的輥子上均勻閃光。這個閃光被評估裝置識別為散射光，然后發(fā)出一個信號。因此探測輥子在整個監(jiān)控區(qū)上用一束回環(huán)投射的光線照射可確保，即使只存在一根或少許卷繞絲線，絲線就會發(fā)出閃光，因為輥子本身在光傳感器方向只反射很少的光線，因此射入的散射光被識別為偏離也許存在的基本(反)照射(光)。
光線最好是單色的。輥子可以例如借助于激光光源照射。這雖然不是必須的，但是可以提供以下優(yōu)點光學(xué)投影儀可能需要的透鏡系統(tǒng)可以設(shè)計得簡單一些，因為單色光具有單一的波長，只需要對于這個單一波長考慮透鏡的調(diào)整。也可以通過濾光器簡單地消除日光或環(huán)境光線等外界影響的干擾。尤其是激光光源可廉價地提供嚴(yán)格界定的單色光光束。對于本發(fā)明優(yōu)先采用在近紅外波長區(qū)域工作的電子激光光源。
已知絲線卷繞裝置的輥子具有多個軸向相隔一定距離設(shè)置的、突出的起動環(huán)(Anlaufring)，以便在更換卷筒時對于絲線接線或換接時調(diào)整到一個有利的速度。為了確保在起動環(huán)旁邊無未照亮區(qū)，并且同樣能識別在起動環(huán)的蔭影內(nèi)形成的絲線卷繞，按照權(quán)利要求6建議，用兩個基本上在一個平面內(nèi)的并以一定軸向間距對稱設(shè)置的光源照射，并以此照亮整個監(jiān)控區(qū)—也包括直接在起動環(huán)旁邊的區(qū)域。為此得出按權(quán)利要求6和最好按權(quán)利要求8的傳感器布置。
應(yīng)該指出，這個輥子可以是長絲紡絲機的供絲輥或抽絲輥(導(dǎo)絲輥)。但首先可是這種合成絲線紡機上卷繞裝置的接觸輥子或探測輥子，這種紡紗機的基本結(jié)構(gòu)例如由US 5,029,762A得知。
為了識別絲線卷繞到絲線卷繞裝置的旋轉(zhuǎn)著的輥子上推薦一種裝置，它具有一個光電裝置(光傳感器)，它在一種優(yōu)先采用的結(jié)構(gòu)中設(shè)置在監(jiān)控區(qū)的中央輥子沒有環(huán)繞絲線的一側(cè)一定距離的地方，以及包括一個發(fā)出(報警)信號的評估裝置。光電裝置最好和評估裝置電氣連接。
卷繞在旋轉(zhuǎn)著的輥子上的絲線反射的光線(散射光)通過光電裝置接收，轉(zhuǎn)變成一個輸入評估裝置的固定的電信號，其中當(dāng)超過公差極限時評估裝置發(fā)出另一個信號，它可以是一個報警信號或者一個切斷絲線的信號。
但是這個裝置特別包含一個設(shè)置在監(jiān)控區(qū)以外的光源，它發(fā)射一束沿輥子縱向、與輥子成很小的入射角的光線。這個光源最好是發(fā)射單色光，例如激光光源的光線。例如它在橫截面內(nèi)可以是矩形的或者一種與監(jiān)控區(qū)相匹配的、用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)擴散了的光束。
光電裝置最好包含一個帶設(shè)置在一個聚光透鏡后面的光傳感器的光學(xué)投影儀。光傳感器可以是一個CCD—陣列或者一個光電二極管。
應(yīng)用CCD—陣列傳感器的優(yōu)點為，它可以分選出相應(yīng)于節(jié)拍(定時)信號的信號。通過對輥子，特別是對絲線卷繞裝置的探測輥子上起動環(huán)的軸向位置的識別，來自這個區(qū)域的光傳感器的測量值很容易用數(shù)字邏輯消除。電子系統(tǒng)可以對誤差作出迅速反應(yīng)，誤差在幾毫秒范圍內(nèi)。
本方法和裝置的其他優(yōu)點和特征將借助于實施例進行闡述。


圖1帶卷繞監(jiān)控裝置的卷繞頭的探測輥子的結(jié)構(gòu)示意圖2帶另一種結(jié)構(gòu)的光傳感器的按圖1的變型裝置；圖3在輥子的一個徑向平面內(nèi)從光源照射到輥子母線上和被輥子反射的光束。
在例如直徑為85mm的軸或者探測輥子1上，做了多個起動環(huán)2。它們與一個裝夾在沒有畫出來的夾頭軸(Spannfutterwell)上的筒管在換筒后相接觸。
探測輥子1由兩個與探測輥子保持一定距離的、相互對稱設(shè)置的、位于一個徑向平面內(nèi)的光源3、4照射。光線或投射光束射向探測輥子1的入射角α這樣選擇，使輥子1的監(jiān)控區(qū)朝向光電裝置(光傳感器)6-8一側(cè)的每個區(qū)域都被照射到。光源3、4發(fā)射一束橫截面呈矩形的光線5，它的寬度約10mm，深度是幾毫米，最好是1mm。這可以例如用一個沒有畫出來的準(zhǔn)直光管達到，它包含一個圓柱形透鏡。光束5分別在輥子1的監(jiān)控區(qū)內(nèi)作為一條線或作為在輥子的圓周方向很窄、沿母線分布的光帶投射到輥子上。為了照亮在輥子1的兩個相距一定距離的法平面之間的整個監(jiān)控區(qū)20，將光源3、4安裝在監(jiān)控區(qū)20的外側(cè)。
光電裝置(光傳感器)6-8基本上垂直于探測輥子1的旋轉(zhuǎn)軸線與探測輥子相隔一定距離地設(shè)置在輥子1監(jiān)控區(qū)20上部的基本中間位置。這個裝置包括一個聚光鏡7，在它后面裝有光傳感器8。光傳感器8由光電二極管組成，它將射入的光轉(zhuǎn)變成光電流15。光傳感器8的前面裝一個防護罩9，它遮擋由起動環(huán)2的區(qū)域來的光線。
光傳感器8與一個評估裝置10相連，而該評估裝置又與一個報警裝置11電氣連接。
一根絲線，例如以8000米/分的速度送進的絲線卷繞到探測輥子1上并形成一個卷繞12，它反射由光源3、4發(fā)射的光，光束5的光線在極細(xì)微的單絲處彎曲。反射光13通過聚光鏡7到達光傳感器8。它向評估裝置10發(fā)出一個信號15，這個信號與一個相應(yīng)與無干擾狀態(tài)的信號R相比較。如果比較時出現(xiàn)大于允許公差范圍的偏差，則評估裝置發(fā)出一個報警信號。
通過本發(fā)明可以及早識別探測輥子1在其整個監(jiān)控長度上不要求的絲線的纏繞，特別是在繞上一根或少數(shù)幾根絲線后就能識別，使得可以在卷繞機形成后繼損壞以前就切斷絲線。
用光電二極管可以達到非常短的反應(yīng)時間。響應(yīng)時間可以達到1微秒。實際的反應(yīng)時間取決于卷繞絲線反射光線的數(shù)量。因此入射角α和投射到輥子1上的光束5的寬度應(yīng)保持盡可能小，例如α為5°或更小，或者寬度窄于1毫米。
用由1024個像素組成并以15兆赫的節(jié)拍頻率工作的CCD—傳感器可以期望最大反應(yīng)時間不超過70微秒。
兩種可能的傳感器的反應(yīng)時間都明顯地低于2毫秒。對于卷繞速度為8000米/分，探測輥子直徑為85毫米時為了避免卷繞裝置危險零件的后繼損壞這個反應(yīng)時間是足夠了。
圖2表示一個按圖1的卷繞監(jiān)控裝置的變型。這是由從光源3通過一個包含透鏡16、17的光學(xué)系統(tǒng)投射出來的光束5的透視形成的圖像投射在這里沒有詳細(xì)畫出來的探測輥子1上。反射光13通過透鏡17的凸表面偏轉(zhuǎn)并在光電評估裝置(光傳感器)7-8上投影，光電評估裝置裝在反射光線13的光路上，識別這個反射光并把它轉(zhuǎn)化為光電流15。和圖1一樣這個光電流輸入評估裝置10，并在那里例如和一個信號R相比較，信號R相當(dāng)于探測輥子沒有繞上絲線時的反射光的強度的光電流15。然后這個差值信號在評估裝置10中放大，當(dāng)超過預(yù)先給定的閾值時可以啟動報警裝置11等等。
按圖2結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于沒有必要將監(jiān)控裝置的構(gòu)件安裝在直接接近要監(jiān)控的探測輥子的附近，使設(shè)計者對于光源3(發(fā)射器)和光傳感器7、8(接收部分)以及在它們之間的光學(xué)系統(tǒng)的安排、裝配和維護有較大的自由度。
但是應(yīng)該指出，在存在一第二光源時—用來照亮整個監(jiān)控區(qū)并避免在可能的起動環(huán)旁形成蔭影—這兩個光源3、4應(yīng)該設(shè)置在相互錯開的平行平面內(nèi)，以避免探測輥子表面反射出來的光線直接射入對面的光傳感器。
最后圖3表示在一個不帶起動環(huán)的輥子的徑向平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖中的例如光源3相對于輥子1的位置，而且是在輥子監(jiān)控區(qū)20的外面。圖3還表示用來識別在監(jiān)控區(qū)20內(nèi)可能出現(xiàn)的絲線卷繞產(chǎn)生的散射光的光傳感器6-8的配置。這個散射光是由在卷繞上的主要是不透明的細(xì)微長絲(單絲)入射光束5的反射、彎曲和折射形成的。對于按照圖3的結(jié)構(gòu)光傳感器可以裝在輥子1的上方，也就是說位于光帶50所在的輥子1的切平面的上方。其中除了圖上蔭影線所表示的光源照射在輥子1上的光束5和輥子1反射的光束25的區(qū)域以外。在錯開一個角度的平面內(nèi)光傳感器6-8可以安裝在任何地方。只需要保證光傳感器6-8是測量絲線或絲線卷繞形成的散射光，而不是輥子1本身的反射光束，同時可以確定形成光電流偏差的明顯的光強差。
權(quán)利要求
1.用來識別卷繞在旋轉(zhuǎn)著的，被絲線部分環(huán)繞的輥子(1)的絲線(12)的方法，其中光源(3，4)的光束照射在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)上，光源(3，4)裝在監(jiān)控區(qū)以外并傾斜地照射監(jiān)控區(qū)，同時其中由監(jiān)控區(qū)反射的光線由一個光傳感器(6-8)接收，光源(3，4)和光傳感器(6-8)位于輥子(1)沒有絲線環(huán)繞的一側(cè)，其特征在于，光束(5)這樣照射在輥子(1)上，使得在輥子(1)的一個母線上形成光帶(50)并覆蓋監(jiān)控區(qū)，同時光傳感器(6-8)設(shè)置在由光源(3，4)照射在監(jiān)控區(qū)(20)上的和由輥子(1)反射的光束(5)以外的地方。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，光帶(50)的寬度小于5mm，最好是小于2mm。
3.按權(quán)利要求1至2的方法，其特征在于，光束(5)以一個介于3°和8°之間的，最好是5°左右的入射角α照射在輥子(1)上。
4.按權(quán)利要求1至3的方法，其特征在于，用單色光照射軸(1)。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征在于，光線(5)是一個激光光源的光。
6.按權(quán)利要求1至5的方法，其特征在于，這樣地以兩個對稱分布的、各自帶一個光束(5)的光源(3，4)照射輥子(1)，使得在輥子(1)上監(jiān)控區(qū)(20)內(nèi)形成一個基本上共同的光帶(50)，光傳感器(6-8)安裝在由光源(3，4)照射在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)(2)上的和由輥子(1)反射的光束(5)以外。
7.按權(quán)利要求1至6之任一項的方法，其特征在于，輥子(1)是合成連續(xù)絲線卷繞裝置的探測輥子(1)。
8.按權(quán)利要求1至7的方法，其特征在于，用來接收卷繞的絲線(12)所反射的光的傳感器(6-8)基本設(shè)置在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)的中央。
9.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，用來接收由卷繞的絲線(12)反射的光的光傳感器(6-8)設(shè)置在光路內(nèi)并平行于產(chǎn)生光束(5)的光源(3)。
10.按權(quán)利要求9的方法，其特征在于，由光傳感器(6-8)接收的光作為電信號(15)采集，同時它的變化被放大以發(fā)出報警信號。
11.用來識別卷繞在絲線處理裝置或絲線卷繞裝置的旋轉(zhuǎn)著的輥子(1)上的絲線(12)即卷繞線團以實施權(quán)利要求1至10的方法的裝置，帶一個用來照射輥子(1)的監(jiān)控區(qū)的光源(3，4)和一個用來接收由監(jiān)控區(qū)反射的光的光傳感器(6-8)，其特征在于，光源(3，4)以這樣一個入射角α照射在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)(20)上，使得在監(jiān)控區(qū)內(nèi)輥子(1)的一條母線上形成一個光帶(50)，它覆蓋監(jiān)控區(qū)的長度，同時光傳感器(6-8)設(shè)置在由光源(3，4)照射在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)(20)上和由輥子(1)反射的光束(5)之外。
12.按權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，光源(3)相對于輥子(1)的旋轉(zhuǎn)軸線的入射角(α)介于3°到10°之間，特別是5°。
13.按權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，輥子(1)由光源(3)以單色光照射，最為是由一個激光光源產(chǎn)生的光照射。
14.按權(quán)利要求11至13的裝置，其特征在于，兩個光源(3，4)以這樣一個入射角α照射在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)(20)上，使得在輥子(1)的監(jiān)控區(qū)(20)內(nèi)基本上形成一個共同的光帶(50)，它覆蓋監(jiān)控區(qū)(20)的長度，同時光傳感器(6-8)安裝在由兩個光源(3，4)照射在輥子(1)上監(jiān)控區(qū)(20)內(nèi)的和由輥子(1)反射的光束(5)之外。
15.按權(quán)利要求11至14的裝置，其特征在于，光傳感器(6-8)具有一個設(shè)置在由卷繞的絲線(12)反射的光束(5)的光路內(nèi)的聚光鏡(7)。
16.按權(quán)利要求11至15的裝置，其特征在于，光傳感器(8)具有一個CCD—陣列。
17.按權(quán)利要求11至15的裝置，其特征在于，光傳感器(8)具有一個光電二極管。
18.按權(quán)利要求11至17之至少任一項的裝置，其中輥子(1)具有多個在軸向一定間距上形成的起動環(huán)(2)，其特征在于，在聚光鏡(7)和光傳感器(8)之間的光路上設(shè)有一個防護罩(9)。
19.按權(quán)利要求11至18之任一項的裝置，其特征在于，輥子(1)是合成絲紡絲機絲線卷繞裝置或絲線傳送導(dǎo)絲輥的探測輥子(1)。
20.按權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，光傳感器(6-8)安裝在一個與將光束(5)照射到輥子(1)上去的光源(3)所在平面相平行的平面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來識別卷繞在一個被絲線部分環(huán)繞的、旋轉(zhuǎn)著的卷繞裝置的輥子上的絲線的方法和裝置，其中設(shè)有一個用來向輥子的監(jiān)控區(qū)發(fā)射光束的光源，它沿輥子母線形成光帶，和一個帶評估裝置的光傳感器。這個傳感器檢測由卷繞的絲線反射的光，它可以轉(zhuǎn)變成一個電信號，然后繼續(xù)進行處理。
文檔編號B65H63/00GK1139412SQ95191320
公開日1997年1月1日 申請日期1995年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月23日
發(fā)明者杰拉爾德·伯杰 申請人:巴馬格股份公司