CH680931A5

CH680931A5 -

Info

Publication number: CH680931A5
Application number: CH741/90A
Authority: CH
Inventors: Hansruedi Stutz
Original assignee: Loepfe Ag Geb
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1992-12-15
Also published as: GB2242266A; GB9104526D0; ITMI910564A0; DE4106567A1; GB2242266B; US5194911A; JPH06341953A; ITMI910564A1; IT1247131B

Description

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CH 680 931 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Materialmenge, welche in einem Faserband, insbesondere einem Kar-den- oder Streckenband transportiert wird.

Entsprechende Messungen wurden bisher nach unterschiedlichen Methoden ausgeführt. Bei einer kapazitiven Messung läuft das Material zwischen zwei Kondensatorplatten hindurch. Die Kapazität zwischen diesen Platten ist abhängig von der jeweiligen Materialmenge, der Dielektrizitätskonstanten des Materials, der Temperatur und der Feuchtigkeit. Obwohl bei dieser Messung das Kardenband kaum zusätzlich beansprucht wird, besitzt diese Methode den Nachteil, dass sie auf statische Elektrizität anfällig und stark feuchtigkeits- und materialabhängig ist.

Mechanische Messungen erfolgen in der Regel mit einem verstellbaren Rollenpaar, zwischen dem das Band hindurchläuft. Der Rollenabstand ist ein Mass für die Materialmenge. Diese Methode ist weitgehend materialunabhängig und liefert einen stabilen Absolutwert der Messung, belastet jedoch das Kardenband mit Druck und zusätzlicher Reibung.

Schliesslich sind auch pneumatische Messungen bekannt, bei welchen eine sogenannte Trompete an der engsten Stelle mit einer Querbohrung versehen ist. In dieser Bohrung entsteht ein Überdruck, wenn das Band die Trompete durchläuft, weil die Fasern die zwischen ihnen eingeschlossene Luft zusammenpressen. Diese Messanordnung beansprucht zwar das Kardenband nicht zusätzlich, ist jedoch geschwindigkeitsabhängig, materialabhängig, verschmutzungsempfindlich, schwer zu eichen und besitzt ein Messfeld, das länger als 5 mm ist.

Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, sind die bisherigen Messanordnungen alle mit spezifischen Nachteilen behaftet, indem entweder das Kardenband zusätzlich beansprucht wird oder die Messergebnisse durch die jeweiligen Randbedingungen stark beeinflusst werden. Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Messverfahren und eine Vorrichtung so zu schaffen, dass eine von solchen Bedingungen weitgehend unabhängige, stabile Messung der Materialmenge gelingt, wobei zugleich keine wesentliche Beanspruchung des Kardenbands auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 5 genannten Massnahmen gelöst. Wie sich daraus ergibt, durchläuft das Kardenband eine Öffnung in einer Messzelle derart, dass deren Wandung den Faserbandquerschnitt durch Berührung festlegt, wobei in diesem Querschnitt das Faserband mit Licht durchstrahlt wird. Vorzugsweise ist die Wandung dort als transparenter Ring ausgestaltet, durch den das Licht unmittelbar in das den Glasring berührende Faserband eingestrahlt und durch den auch das hindurchtretende Licht detektiert wird. Diese Anordnung definiert die Position und den Querschnitt des Faserbands im Messbereich, so dass konstante geometrische Bedingungen herrschen und der Einfluss von Streulicht ausgeschaltet ist. Weil das Band ständig an der Wandung der

Innenfläche des Glasrings reibt, ergeben sich keine Verschmutzungsprobleme. Die unter diesen Bedingungen durch das Band durchtretende Lichtmenge ist sehr gut umgekehrt proportional zur Masse der im Messquerschnitt vorhandenen Fasern. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Faserkonzentration nicht immer über den gesamten Querschnitt konstant ist, indem lokale Faseranhäufungen vorhanden sein können. Um eine zu starke Schwankung der Messwerte zu verhindern, wird das Faserband mit Vorteil entlang mehrerer, über den Querschnitt verteilter Strahlengänge optisch durchstrahlt und hernach der Mittelwert dieser Messungen zu einem bestimmten Querschnitt gebildet und als Mass für die jeweilige Materialmenge ausgewertet.

Nachfolgend wird dies im Detail anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, welche in den Zeichnungen dargestellt sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Messzelle gemäss der Erfindung in einem Längsschnitt;

Fig. 2 eine Ansicht der Messzelle in Bandeintrittsrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer möglichen Lichtsender- und Empfängeranordnung mit entsprechenden Strahlengängen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer anderen Anordnung von Lichtsendern und Empfängern;

Fig. 5 eine Darstellung der Messzelle mit Kardenband;

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Auswerteschaltkreises;

Fig. 7 eine weitere Anordnung der Lichtsender und Empfänger, und

Fig. 8 eine entsprechende Darstellung der Signale.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Messzelle 1 gezeigt, welche für die optische Messung vorgesehen ist. Sie besitzt im wesentlichen je einen Einlauftrichter 2 und einen Austritttrichter 3 für das Kardenband, welche in einem Messzellengehäuse 4 angeordnet sind. Der Einlauftrichter 2 verengt sich konisch bis zu einem kleinsten Querschnitt 5, der den Messquerschnitt bildet. In diesem Bereich sind Lichtsender S-i, S2... und Lichtempfänger Ei, E2 angeordnet, wie noch näher beschrieben wird, und zwar hinter einem transparenten Ring 6. Der transparente Ring 6 ist vorzugsweise ein Glasring aus für Infrarotlicht durchsichtigem Pyrexglas. Der Glasring hat vorzugsweise eine relativ geringe Wandstärke (von z.B. 1 mm), um selbst möglichst wenig Licht zu absorbieren oder zu leiten. Er besitzt einen Innendurchmesser, welcher der zu messenden Kardenbandstärke ange-passt ist, und zwar so, dass das Kardenband beim Einlauf in die Messzelle die Innenwand des Glasrings 6 berührt. Das Kardenband wird dabei geringfügig komprimiert (vgl. Fig. 5). Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung ist etwas vergrössert gezeigt. In Wirklichkeit kann der Innendurchmesser im Messquerschnitt z.B. 10 mm betragen.

Der Glasring 6 ist seitlich mittels zweier Dichtringe 7 abgedichtet, um das Eintreten von Staub aus

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dem Kardenband zu verhindern. Die Innenwand des Glasrings wird im Betrieb durch das berührende Kardenband laufend selbst gereinigt, so dass immer dieselben optischen Bedingungen vorliegen.

In Fig. 2 ist die Messzelle 1 in Bandeintrittsrichtung dargestellt. Strichliert sind darin radiale Bohrungen 8 für Lichtsender S und Bohrungen 9 für Lichtempfänger E im Gehäuse 4 angedeutet. Deren Anordnung im einzelnen kann anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden (vgl. auch Fig. 7).

Als Lichtsender Si, S2... werden mit Vorteil Infrarotdioden (GaAlAs-Dioden) verwendet, die im Impulsbetrieb relativ hohe Lichtleistungen erzeugen (10 mW - 300 mW) und welche eine gerichtete Lichtcharakteristik besitzen. Die Lichtsender S werden am Umfang des Glasrings 6 so angeordnet, dass das Kardenband an mehreren Stellen verteilt über den Querschnitt beleuchtet wird. Jeweils im wesentlichen gegenüber den Lichtsendern Si, S2, sind die Lichtempfänger Ei, E2 ... angeordnet, welche durch entsprechende Photodioden (pin-Dioden) gebildet sind. Zwischen den Lichtsendern Si, S2 ... und den jeweils zugeordneten Lichtempfängern Ei, E2 ... werden damit Strahlengänge definiert, längs welchen die Messungen erfolgen. Wie noch näher erläutert wird, wird das Messergebnis durch Mittelung der Messungen dieser Strahlengänge gewonnen. Damit beeinträchtigen ungleiche Dichteverteilungen der Fasern über den Querschnitt des Kardenbands die Messung nicht. Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher jeweils zwei Sender einem Empfänger zugeordnet sind, so dass sich eine Verdoppelung der Lichtintensität erreichen lässt. Die Anordnung von Fig. 2 ergibt eine dreifache Lichtintensität. Im übrigen wird in Fig. 3 der Querschnitt in zwei Richtungen je in gegenläufigem Sinne durchleuchtet. Die gegenläufige Durchleuchtung verhindert die Beeinflussung von Empfängern durch ihnen nicht zugeordnete Sender. In Fig. 4 erfolgt die Durchleuchtung nur in einer Richtung, jedoch jeweils entlang dreier über den Durchmesser verteilter, gegenläufiger Strahlengänge.

In Fig. 5 ist schematisch eine entsprechende Messung angedeutet. Während der Messung bewegt sich das Kardenband 10 durch die Messzelle hindurch, z.B. mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min. Da die Materialmenge im Faserband laufend gemessen werden muss, dürfen die Intervalle zwischen zwei Messungen nicht zu gross sein. Im vorliegenden Beispiel erfolgt jede 4 mm in Bandrichtung eine Messung. Dies setzt schnelle Wandler sowie Mikroprozessortechnik in der Auswerteschaitung voraus, welche in Fig. 6 in Form eines Blockdiagramms gezeigt ist. Die Sender Si, S2 ... und Empfänger Ei, E2 ... sind lediglich schematisch gezeigt. Fig. 6 ist zusammen mit den Fig. 7 und 8 zu verstehen, welche die entsprechende Anordnung und die während einer Messung auftretenden Signale zeigen.

Ein Impulsgenerator 11 liefert nacheinander Stromimpulse von z.B. 30 fis Dauer an die einzelnen Sender Si bis S4. Die Impulse steuern gleichzeitig einen Analogschalter 12, mittels welchem die entsprechenden Empfänger Ei bis E4 nacheinander an einen Analog-Digital-Wandler 13 angeschlossen werden. Damit ist eine Zuordnung bestimmter Sender zu bestimmten Empfängern sichergestellt, so dass z.B. das Signal aus dem Empfänger Ei genau der Lichtabsorbtion längs dem Strahlengang zwischen Si und Ei entspricht etc. (vgl. Fig. 7). Der Analogschalter 12 bleibt dabei solange geschlossen, dass auch der Signalpegel nach Abklingen des Lichtimpulses aufgenommen wird (vgl. Fig. 8), so dass daraus ein arbeitspunktunabhängiges Differenzsignal berechnet werden kann. Der A/D-Wand-ler wird vom Impulsgenerator so gesteuert, dass er sowohl die Impulse 20 als auch die Impulspausen 21 (= Dunkelheit) wandelt. Der Rechner 14 bildet jeweils die Differenz zwischen Impuls und Impulspause und addiert diese Differenzwerte. Da die Empfänger unterschiedliche Arbeitspunkte haben, wirkt sich dieses dank der Differenzbildung nicht aus.

Nacheinander werden so innert einer Messdauer von ca. 240 |is die Signale zu den verschiedenen Strahlengängen aufgenommen und im Rechner 14 addiert. Die Addition der Differenzwerte bedeutet zugleich eine Mittelung über alle aufgenommenen Strahlengänge, so dass ungleichmässige Faser-dichte-Verteilungen über den Querschnitt die Messung nicht verfälschen.

In einer Auswerteschaltung 15 werden die Messergebnisse gespeichert und für die Anzeige auf einer Anzeigeeinheit 16 bzw. für ein Betriebsdaten-Überwachungssystem 17 weiter ausgewertet. In an sich bekannter Weise können die Signale als Teil eines Steuerkreises 18 zur Steuerung der Strecke oder Karde verwertet werden.

Solche Messungen folgen zeitlich unmittelbar aufeinander. Bei einer Messdauer von ca. 250 ßs können pro Sekunde z.B. 2500 Messungen erfolgen. In dieser Zeit bewegt sich das Kardenband beispielsweise ca. 10 m, so dass ca. jede 4 mm eine Messung erfolgt. Damit entsteht eine im wesentlichen kontinuierliche Überwachung der Materialmarge im Kardenband.

Die beschriebene Messzelle 1 ist dabei so aufgebaut, dass das Kardenband praktisch nicht beansprucht wird, womit durch die Messung keine Qualitätseinbusse erfolgt. Die Messergebnisse sind, da auf optischem Weg erzielt, nicht beeinflusst durch die Geschwindigkeit des Kardenbands, seiner Temperatur oder seiner Feuchtigkeit. Die Messzelle ist ferner selbstreinigend und damit nicht anfällig auf Verschmutzung.

Da der Unterschied zwischen Lichtimpuls und Dunkelheit gemessen wird, stellt das Messergebnis den Absolutwert der Materialmenge dar, das sich in der Messzelle befindet. Eine Verschiebung des Arbeitspunktes der Empfängerverstärker wirkt sich daher nicht aus.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen der in einem Faserband transportierten Fasermaterialmenge, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserband eine Öffnung in einer Messzelle durchläuft, deren Wandung durch Berührung den Faserbandquerschnitt an der Messstelle definiert, wobei das Faserband aus der Wandung mittels mehrerer Lichtsender durchstrahlt

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wird, und wobei das durch den Faserbandquerschnitt hindurch tretende Licht mittels mehrerer Lichtempfänger als Mass für die jeweilige Materialmenge in diesem Querschnitt aufgenommen wird, wobei die Lichtsender und die Lichtempfänger so ange- 5 ordnet und betrieben werden, dass die aufgenommenen Signale jeweils bestimmten Strahlengängen entsprechen, welche über den Querschnitt der Messzellenöffnung verteilt die Öffnung durchlaufen, wobei das Mass für die jeweilige Materialmen- 10 ge aus der Mittelung der zu diesen Strahlengängen gehörenden Messungen abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender und/oder die Lichtempfänger sequentiell so betrieben werden, dass 15 die verschiedenen Strahlengänge während einer Messung zeitlich gestaffelt aufgenommen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender zeitlich gestaffelt Lichtimpulse aussenden, und dass in 20 entsprechender Staffelung die Empfänger selektiv an einen Auswerteschaltkreis angeschlossen werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden 25 Lichtempfänger jeweils ein Signale bei betätigter Lichtquelle und bei Dunkelheit aufgenommen wird,

und dass der Differenzwert als Messergebnis des jeweiligen Lichtempfängers weiter verarbeitet wird.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens 30 nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Messzelle (1) mit einer Öffnung (5), durch welche das zu messende Faserband hindurch bewegbar ist, und deren Querschnittfläche nicht grösser ist als die Querschnittfläche des 35 eintretenden Faserbandes, wobei im Bereich dieser Öffnung mehrere Lichtquellen (Si, S2 ...) und Lichtempfänger (Ei, E2 ...) um die Öffnung (5) verteilt angeordnet sind, die durch einen Auswerteschaltkreis (11-14) einander so zugeordnet sind, dass mehrere 40 Strahlengänge zwischen Lichtquellen (S) und Lichtempfängern (E) gebildet werden, die über den Öffnungsquerschnitt (5) verteilt verlaufen und längs denen die das Faserband durchdringende Lichtintensität als Mass für die jeweilige Materialmenge 45 bestimmt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (1) einen Einlauftrichter (2) für das Faserband aufweist, der sich zum Öffnungsdurchmesser (5) hin verjüngt. 50

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder

6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messöffnung (5) durch einen mindestens bereichsweise transparenten Ring (6), vorzugsweise einen Glasring gebildet ist, um dessen Umfang die Lichtquellen (S) und 55 Lichtempfänger (E) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquellen (S) Infrarot-Dioden verwendet werden, die in einem die Öffnung umgebenden Gehäuse (4) angeordnet 60 sind.

9. Vorrichtung nach einem aer Ansprüche 5 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (S) mit einem Impulsgenerator (11) verbunden sind zur zeitlich gestaffelten Aussendung von Lichtim- 65

pulsen, und dass die Empfängersignale gemäss der Aussendung der Lichtimpulse im Auswerteschaltkreis (11-14) selektiv auswertbar sind, derart, dass die Empfängersignale bestimmten Strahlengängen durch den Öffnungsquerschnitt (5) zugeordnet sind.

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