CS346090A3 - Process and apparatus for determining thread movement velocity - Google Patents

Description

XJ > ° O oco 'v ~ > σ' o. a zařízení k provádění - 1 - l

Způsob určování rychlosti pohybu nititohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu určování rychlosti pohybu niti vestrojích, které niti zpracovávají nebo vyrábějí. Niti mohou býtlibovolného složení nebo konstrukce, pokud vykazují povrchovénepravidelnosti při pozorování v difundovaném světle nebo po-mocí fluorescenčních metod. Vynález se také týká zařízení k prováděhí tohoto způsobu.

Pod pojmem "nit" se v tomto případě rozumějí jedničná neko-nečná vlákna nebo skupiny takových vláken, popřípadě příze jakz přírodních, tak i syntetických vláken, například textilní ne-bo kabelová příze a podobné útvary.

Dosavadní stav techniky V současné době se stále více projevuje potřeba přesného měření rychlosti posuvného pohybů nití na strojích, které niti - zp r ac ov áv aj í, například - -na—tk ac-í ch- stro j í ch- rů zné h o - k on s t r.u k Č-_ního provedení, na pletacích strojích pro hotovení úpletů nebona jiných strojích pro výrobu textilií, a také u strojů pro vý-robu nití 2 výchozích surovin.

Mnohé výrobní stroje jsou opatřeny kontrolními a řídicímisystémy, které mají za úkol zvyšování rovnoměrnosti výrobku akteré pro svou činnost potřebují údaje o rychlosti posuvu nití.V mnohých takových systémech jsou niti vedeny značnou rychlostíkolem neotočných částí zařízení, takže není možno rychlost pohy·bu niti odvozovat z počtu otáček otočných vodicích prvků a jeproto třeba zvolit jiné měřicí metody, které by nenarušovalypráci stroje a které by využívaly pokud možno bezdotykových sní·macích prostředků.

Pro tento účel jsou vhodné některé měřicí mětodv, založe-né na optickém snímání niti a popsané v literatuře a umožňujícípcměmě.-.přccné—výhc-drc.ceníriíLyc.h.loí^i ^ohvhn.iíp_íno,..se objektu.. -přičemž většina z těchto metod je založena v podstatě na frek-venčním posuvu světelných vln, odražených pohybujícím se objek- tem, to znamená v principu na Dopplerově jevu. g Při dalším zdokonalování a rozpracovávání těchto optických & měřicích metod bylo zjištěno, že jeou-li niti používané pro tka- g Λ1·,- ní textilních výrobků a obsahující přírodní vlákna, například % bavlněná nebo lněná vlákna, nebo systetická vlákna, napříkladnylon, pozorována v osvětlení svazkem světelných paprsků nebopomocí fluorescěnčních metod, je možno vidět v optickém zobra- £ zení niti různé nerovnoměrnosti, mající rozměry řádově od 10 £ do 100 jim. Pomocí sledování těchto nepravidelností je možno vy- ; počítat časový interval, který nit potřebuje k překonání v zdále- q nosti mezi dvěma stanovenými body a tím také rychlost pohybu ni- í. ti. Zobrazení těchto nepravidelností, pozorovaných například po- q mocí fluorescence, je v příkladu patrné z obr. 1, kde je vlnová d délka 550 ^um, excitace = 450-490 nm, ΕΣ = 0,536 mm, Y 1,406 mm. d

Podstata vynálezu |l í$l

Nevýhody dosud známých měřicích metod jsou odstraněny způ- H

i:; I sobem měření rychlosti pohybu niti podle vynálezu, jehož podsta- ta spočívá v tom, žě nejprve se'nit osvětlí ve dvou bodech,--------------- <1 vzdálených od sebe 0,2 až 20 cm, zejména 0,5 až 3 cm, paprsky jgl

světla soustředěnými v obou osvětlovaných bodech do ohnisek s : I výškou osvětlené plošky nejvýše ICO^um a se šířkou osvětlené plošky o něco větší než je její výška, zejména mezi 1 a 5 nm, g aby byl celý úsek niti osvětlen a odražené světlo z každého z § obou osvětlených bodů se snímá a pro každý z obou těchto bodů ý' se generuje signál, závislý na nepravidelnostech niti, načež se $ tyto signály zesílí a určí se časový interval, který nit potře- £ .i bovala k uražení vzdálenosti mezi oběma stanovenými hody a tím % rychlost pohybu niti pomocí korelační funkce mezi dvěma signály ř v zesílené intenzitě. ; Ϊ.

Zdrojem světla může být laser, například He-Ne laser nebodiodový laser, nebo vysokotlaká lampa, například rtutová výboj- < v ka. í světlo pricnazejici z quou scvuiCTijvir umwwemitované fluorescencí nebo odražené. Při snímání odraženého světla je vhodné osvětlit nit la-serovým zdrojem světla.

Korelační ‘funkce mezi dvěma zesílenými signály, přichá-zejícími na koncích časového intervalu t1-t2, může být vyjádře-na následujícícm vztahem fc/<r / = J /t+T/dt, kde fc je korelační funkce, f^ a f^ jsou zesílené signály, pro-měnné v čase t a korelační funkce /fc/ má maximální velikostpro hodnotu T odpovídající době^e, ve které nit urazí vzdále-nost mezi dvěma stanovenými body, které jsou současně ohniskyosvětlovacích světelných paprsků.

Podstata zařízení, k provádění způsobu podle vynálezu prourčování rychlosti pohybu niti mající povrchové nerovnosti sle-dovatelné v odraženém světle nebo ve světle emitovaném fluores-cencí spočívá v tom, že zařízení sestává z jednoho nebo dvouzdrojů světla, dvou snímačů světla, dvou zesilovacích kanálůa číslicového nebo analogového korelátoru.

Způsobem a zařízením podle vynálezu je možno určovat ry- chlost. pohybující se niti podstatně přesněji než u dosud zná-mých metod, přičemž zařízení je oproti známým zařízením 'jedno-dušší a spolehlivější. íí í‘* i·1 £

I (i) fy 'P, &amp; &amp; C·· !:'· i»·' ,’Λ Přehled pbrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení,zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 zobrazení ne-pravidelností niti, získané záznamem fluorescencí emitovanýchpaprsků, obr. 2 schéma prvního příkladného provedení zařízenípodle vynálezu, obr. 3a boční pohled a obr. 3b půdorysný pohledna druhé příkladné provedení zařízení, obr. 4a boční pohled aobr. 4b půdorysný pohled na třetí příkladné provedení zařízení,obre 5 blokové schéma prvního provedení číslicového korelátoru,obr. 6 blokové schéma druhého příkladného provedení číslicové-ho korelátoru a obr. 7 blokové schéma analogového korelátoru. - 4 - Příklady provedení vynálezu Základní výhodné příkladné provedení zařízení k určováníř rychlosti pohybu niti způsobem podle vynálezu je zobrazeno na obr. 2. ií -

Nit A je pozorována ve.dvou bodech, vzdálených od sebe vpřesně stanovené vzdálenosti, jejíž hodnota je definována sku-tečností, že na povrchu niti A se vytvářejí v odstupu od sebedva obrazy světelného zdroje B, zejména laserového zdroje, po-mocí optického systému, obsahujícího odrazové hranoly C, popří-padě zrcadla, a čočky L. Optický systém musí být válcový a musísoustřeďovat paprsky na požadovanou malou plošku.

Pozorování se může uskutečňovat zachycováním odraženého Lsvětla na neprůhledné cloně S a difundovaného v úhlu například -30° do optiky se středně velkou aperturou, která soustředěnépaprsky světla přivádí na fotodiodu D.

Alternativní příkladné provedení vynálezu využívá světla“ „ ~emitdvaňéh<r*fluoroscencípřičemž1 toto ^emitované světlo se při— vádí do optiky s velkou aperturou kolem 90° a odtud potom dol- -ní propustí na fotonásobič. Do dráhy světla je vhodné umístitněkolik odrazových hranolů a jiných chromatických filtrů, abyse omezil vliv okolního evětla.

Světlo zachycované dvěma fotodiodami D generuje signál sproměnnou intenzitou, odpovídající nepravidelnostem struktury a povrchu nitě, které mohou být pozorovány při zvoleném druhuosvětlení.

Takto generovaný signál je zesílen v zesilovači N po odeč-s tení plynulé složky signálu v zařazeném analogovém počítači to znamená/jinými slovy po odečtení neproměnné složky signálu,odpovídající základní plynulé struktuře nitě.

Oba takto zesílené signály jsou potom přivedeny do kore-- -- -látoruR. Korelátor R provádí měření, korelační funkce /fc/_rnezi_ dvěma vstupními signály.

ΓΊ .

fe fe - 5 - V korelátoru R se měří stupeň korelace mezi dvěma signá-ly, který v tomto případě bude maximem hodnoty^ odpovídajícídobě *<e , kterou nit A potřebuje k uražení vzdálenosti mezidvěma soustředěnými ohnisky laserových paprsků. Měření můžebýt prováděno pomocí korelátoru R, sestávajícího z poměrně kom-plexního algoritmu včleněného do procesoru P, takže výslednápřesnost měření může být vysoká. Avšak je možno použít také po-někud jednoduššího korelátoru s nižším počtem vyhodnocovacíchoperací a přesto je dosahováno poměrně značné přesnosti měřenírychlosti. V následujících příkladech jsou blíže objasněny některékonstrukční podrobnosti měřicího zařízení pro měření rychlostipohybu niti A.· V příkladech 1 , 2 a 3 jsou obsaženy konkrétní příkladyprovedení zdroje světla, zaostřovací optiky a snímací optiky. Příklad 1 £

5*

Ha obr, 3 je zařízení pro měření rychlosti pohybu nitiA,zobrazené na obr. 3A v bočním pohledu a na obr. 3B v půdorys-ném pohledu, opatřeno zdrojem B světla, kterým je He-Ne laser,emitující světlo s vlnovou délkou λ = 632 nn, který má výkonkolem í-mW.Za děličem G světla a zrcadlem nebo odrazovým hra-nolem C jsou umístěny dvě válcové optiky se dvěma spojnými Čoč-kami a jeúnoo rozptylnou čočkou L^, které jsou nutné ; pro soustředění světelných paprsků do dvou ohnisek F^, P^ vetvaru vodorovných úseček. Součástí zařízení podle vynálezu jsoudále třetí spojná čočka a čtvrtá spojná čočka pro sou-střeďování světla odraženého od niti A, které maj!~aperturu 0,50a ohniskovou vzdálenost 20 mm. 7a touto druhou optickou sousta-vou jsou umístěny dvě fotodiody F, které mohou být běžnými kře-míkovými fotodio.dami, které mají při použitém světle s vlnovoudélkou λ = 632 mm citlivost kolem 0,45 A/W. Zařízení podle pří-kladu z obr. 3 je rovněž opatřeno neprůhlednou clonou S ve formězachycovací komory, ve které je laserový paprsek absorbován apásmový propustný filtr U, jehož propouštěná vlnová délka A4 od-povídá vlnové délce A světelného parsku laseru. i - 6 - -i > Příklad 2

Zařízení zobrazené na obr. 3a a 3b může také obsahovat valternativním příkladném provedení jako zdroj B světla diodovýlaser s jednoduchým heteropřechodem, například typu Telefunken90 mW, popřípadě jiný dostupný model. Tento diodový laser emi-tuje světlo s poměrně malou aperturou, menší než 0,5 , v porov-nání s běžnými hodnotami, vyskytujícími se u tohoto typu zaří-zení. Vlnová délka světla emitovaného GaAlAs diodou je mezi670 nm a 870 nm. Optický systém je u tohoto alternativního pří-kladného provedení stejný jako v příkladu 1.

Je-li použito zdroje B světla, které emituje světlo vevětší apertuře, je nutno použít válcové spojné optiky, kterávšak je jiného provedení než v předchozím příkladu. 'i? ?'

I Příklad 3

Zařízení v tomto příkladném provedení je zobrazeno na obr.4av bočním pohledu a na obr. 4b v pohledu shora a jeho zdrojem Bsvětla je vysokotlaká rtuto.vá výbojka Osram HBÓ 100W/2.

Zaostřovací optika obsahuje soustavu spojných čoček^4’ ^5 v podobném uspořádání jako na obr. 4. Dělič G svěTIa~aoarazovy nranůx u mají poneitud větší rozměry nez v předchozímpříkladu. Do optických soustav jsou vřazeny dolní propust T apásmový.propustný filtr U, nastavený na vlnovou délku A = 366 nmnebo λ = 435 nm, přičemž vzdálenost mezi dvěma měřicími body jeasi 3 cm. Pozorovací optický systém je uspořádán v úhlu 90° kzaostřovacímu optickému systému, obsahujícímu pro každý kanáldvě kulovité spojné Čočky , Lg, které soustřeďují světlo dodvou ohnisek , F£’ ze ktěřýcE”jsou odražené paprsky převádě-ny do fotonásobičé”V. fi

Zařízení podle obr. 4a a.4b obsahuje také neprůhledné clo-ny S ve formě zachycovacích komor S a konkávní zrcadlo Z. příklady 4, 5 a 6 obsahují příklady provedení korelátorů R. i - 7 - Příklad 4 V příkladu 4 je popsáno první příkladné provedení čísli-cového korelátoru R.

Elektronické měření rychlosti je v tomto případě prováděno * zpracováním číslicového signálu, který byl získán z analogového k signálu, přicházejícího z detektorů. Proměnlivá část signálu, '' která je přiváděna do zesilovače přes analogový počítač, je ze-sílena a převedena na číslicovou formu se dvěma úrovněmi pomocívhodného komparátoru, jehož práh je regulován řídicím systémempřes číslicově analogový převodník. Toto uspořádání obsahuje dvěčíslicové paměti, které zaznamenávají signály a které porovná-vají variabilní programovaná zpoždění pomocí řídicího logickéhoobvodu na adresách pamětí.

Korelační funkce je vypočtena aritmetickou jednotkou, kterásčítá součin dvou číslicových signálů v poměrně dlouhém sleduměřeni, například v průběhu tisíce po sobě následujících snímá- -cích operací, srovnávaných s tisícem po sobě následujících hodi- nových impulzů. Celková hodnota se potom převádí do základní jed-notky. Operace musí být opakována pro různé hodnoty zpoždění, až_j_e_mo-žno vypočítat maximální hodnota korelační funkce /fc/. Je-li například předpokládaná doba^ rovna 2,0 ms, může být výpočetfunkce uskutečněn pro hodnoty doby^ mezi 1,2 a 2,2 ms.~Hodino-vé impulzy mohou mít zejména frekvenci kolem 1 MHz.

Na obr. 5 je znázorněno blokové schéma číslicového korelá-toru R, který obsahuje první fotodiodový zesilovač LI prvníkomparátor Ό1 2, první číslicově analogový převodník D1 posuv-ný registr L1 4, druhý číslicově analogový převodník L2 5, druhýfotodiodový zesilovač L2 6, komparátor D2 7» druhý posuvný re- ? gistr D2 8, programovací permanentní paměí 2» datová paměí.10 s /přímým výběrem, základní, jednotka 11 , řídicí hodiny 12, zdroj15, datovou sběrnici 14, adresovou sběrnici 15 a řídicí sběrní- - 8 - 1 ••ri 'í:i Příklad 5 V příkladu 5 je popsáno druhé příkladné provedení číslico-vého korelátoru R.

Alternativní provedení číslicového korelátoru R ž předcho-zího příkladu může být obměněno tím, že se celý výpočet korelač-ní funkce dělá v,základní jednotce. V alternativním příkladu ječíslicový signál generován stejně jako v předchozím příkladu re-gulováním prahu komparátoru pomocí Číslicově analogového převod-níku, řízeného systémem. Paměti a posouvací registry jsou pro-gramovány přímo základní jednotkou podle strojových hodin v zá-vislosti na typu použitého mikroprocesoru, které pracují s 1 MHz,

Ka obr. 6 je znázorněno blokové schéma tohoto druhého pří-kladného provedení číslicového korelátoru R, obsahující prvnífotodiodový zesilovač L1 2» komparátor 2, Číslicově analogovýpřevodník 2» posouvací registr 4, datovou pamět 5, druhý foto-diodový zesilovač L2 6, druhý komparátor 7, druhý Číslicově ana-logový převáděč 8, druhý posouvací registr 9, datovou paměí JO,adresový pamětový čítač 11, aritmetickou logickou jednotku 12, ,___ _ __________ _____ _ _ ____ - * t. zpožč ovací jednotku, i 3, logickou řídicí jednot ku J_47 základníjednotku 1_5, řídicí hodiny 16, programovatelnou paměl 17, sní-mání dat 18, zápis dat 19, hodinovcu adresu 20 a datovou sběrni-ci 21. Příklad 6 V příkladu 6 je popsáno příkladné provedení analogového ko-relátoru R. V tomto příkladu je signál z detektorů, přiváděn na centrál-ní procesor 7 ve formě 8 až 12 bitové Číslicové informace prokaždý snímací bod. Tyto informace jsou získávány přímo analo-govým signálem přes analogově číslicový převodník 4. napojenýná dva kanály dvoukanálovým analogovým multiplexorem 3.

Je zřejmé, že analogově číslicový převodník 4 musí být zvláš-tě rychlý, jestliže se nit A pohybuje větší rychlostí.

Korelační funkce se v tomto příkladu vypočítavá s“věiší přes-':ností, avšak doba potřebná k provedení výpočtů je obecně delší •í' S· !'$ í V; -9 - než v předchozích příkladech. Výpočet se provádí pomocí mikro-procesoru, sečítajícího od 200 do 500 hodnot součinu dvou sig-nálů a převádějícího výsledky do paměti pro každou hodnotuzpoždění mezi dvěma signály. Výpočet se opakuje stejně jako vpředchozích příkladech pro hodnoty τ pohybující se kolem hod-not odpovídajících předpokládané rychlosti, aby se získala ma-ximální korelační funkce.

Analogový korelátor R z obr. 7 sestává z prvního diodovéhozesilovače 1_» z druhého diodového zesilovače 2, z dvoukanálo-vého analogového multiplexoru 5, analogově Číslicového převod-níku 4, programové paměti 5, z datové paměti 6, základní jednot-ky 7, řídicích hodin 8, řídicí jednotky 9, datové jednotky 10a z adresové jednotky 11.

Claims (10)

10 - ® I 3)- 1 ~o 35 j > o < C·‘“Sg·, f"’ ' oř = a (O TOVÉ NÁRCKí' fc~~! í\5

1. Způsob určování rychlosti pohybu niti, mající povrchovénepravidelnosti při sledování niti v difuzním světle nebo pomo-cí světla emitovaného fluorescencí, vyznačující setím, že nejprve se nit osvětlí ve dvou bodech, vzdálených od sebe 0,2 až 20 cm, světlem soustředěným do úsečkových ohnisekε výškou nejvýše 100 tum a se šířkou větší než je šířka ohniska,aby byl osvětlen celý úsek niti, a světlo se potom dopravuje asnímá z každého z obou bodů, aby se vytvořil signál pro každýz obou bodů, závislý na nerovnoměrnostech niti, načež se oba sig-nály zesílí a určí se doba, kterou nit potřebovala k uraženívzdálenosti mezi oběma body a tím také rychlost pohybu niti, zkorelační funkce /fc/ mezi dvěma zesílenými signály.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že dva osvětle-né body na niti jsou od sebe vzdáleny 0,5 až 3 cm. * - 3.-Způsob podle~hodu„t,„vyznačující se. tím, že nit. se osvět- lí zdrojem světla, zejména laserem.

4. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že zdrojemsvětla je He-Né laser.

5. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že zdrojem svě-tla je diodový laser·.

6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, Že nit se osvět-lí vysokotlakou rtuíovou výbojkou.

7. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že. světlo emi-tuje z obou bodů niti fluorescencí.

8. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že světlo při-váděné z každého bodu na niti je difundujícím světlem těchtobodů. fc 11

9, Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že světlo sesoustředí v obou bodech na niti do ohniska se ěířkou mezi 1 mma 5 mm.

10. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že korelačnífunkce mezi dvěma zesílenými signály v časovém intervalu t^-Ť2je'následující: Fc/C /

f^t/fg/t +r/dt t 1 kde fp fg» zesílené signály, jsou dvěma funkcemi proměnnými včase t, které jsou maximální pro hodnotu T odpovídající době 17,,,kterou nit potřebuje k uražení vzdálenosti mezi dvěma body.

11. Zařízení k provádění způsobu určování rychlosti pohy-bu niti podle bodů 1 až 10, vyznačující se tím,že obsahuje nejméně jeden zdroj /B/ světla, dva detektory svět-la, dva zesilovací kanály a číslicový nebo analogový korelátor M--------------—__ v