CZ304682B6 - CMOS optický snímač obsahující množství optických prvků pro zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze na textilních strojích - Google Patents

Abstract

CMOS optický snímač obsahuje množství optických prvků pro zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze (2) nebo jiného lineárního textilního útvaru na textilních strojích pomocí kolmého průmětu příze (2) na jednotlivé optické prvky (41, 42) senzoru (4) prostřednictvím jediného zdroje (3) záření. Optické prvky (41, 42) senzoru (4) jsou uspořádány ve dvou rovnoběžných řadách kolmo ke směru pohybu průmětu příze (2). Každý optický prvek (41, 42) poskytuje na svém výstupu analogový signál odpovídající intenzitě jeho ozáření a každý optický prvek (41, 42) má obdélníkový tvar. Jednotlivé optické prvky (41) první řady jsou orientovány svými delšími stranami ve směru pohybu průmětu příze (2) a optické prvky (42) druhé řady jsou orientovány svými delšími stranami kolmo na směr pohybu průmětu příze (2).

Description

Vynález se týká CMOS optického snímače obsahujícího množství optických prvků pro zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze nebo jiného lineárního textilního útvaru na textilních strojích pomocí kolmého průmětu příze na optické prvky snímače prostřednictvím jediného zdroje záření.

Dosavadní stav techniky

Z CH 643 060 je známé zařízení k určování průměru lineárního tělesa, například příze, u něhož měřená příze prochází mezi zdrojem světla a optickým snímačem, u něhož je průměr příze určen šířkou zastíněné části snímače, tj. počtem zastíněných fotoelektrických elementů. Toto technické řešení ovšem nijak nepostihuje problematiku stability světelného zdroje ani neposkytuje možnost detailnější analýzy povrchové struktury příze.

Nevýhody řešení podle CH 643 060 odstraňuje způsob zjišťování tloušťky pohybujícího se lineárního textilního útvaru, podle EP1051595B1 (CZ 286 113), u něhož se lineární textilní útvar pohybuje v toku záření mezi zdrojem záření a CCD snímačem záření, který snímá stín pohybujícího se lineárního textilního útvaru vyhodnocováním stavu ozáření jednotlivých elementů CCD snímače, načež se z počtu zastíněných elementů stanovuje skutečná tloušťka lineárního textilního útvaru. Průběžně je vyhodnocována intenzita ozáření alespoň jednoho z ozařovaných elementů snímače CCD a intenzita záření vydávaného zdrojem záření se řídí porovnáváním intenzity ozáření zvoleného jednoho z ozářených elementů CCD snímače s předem nastavenou hodnotou intenzity ozáření, čímž se během provozu udržuje konstantní intenzita ozáření elementů CCD snímače.

Zpřesnění stanovení skutečné tloušťky pohybujícího se lineárního útvaru se u tohoto řešení dosáhne sledováním a vyhodnocováním intenzity ozáření elementů CCD snímače na hranících obrazu pohybujícího se lineárního textilního útvaru.

Ke stanovení tloušťky a homogenity pohybujícího se lineárního textilního útvaru se u tohoto řešení sleduje a vyhodnocuje intenzita ozáření elementů uvnitř hranic obrazu pohybujícího se lineárního textilního útvaru.

Zařízení k provádění způsobu podle EP1051595B1 (CZ 286 113) bylo dále zdokonalováno zejména s cílem zkvalitnění vyhodnocování signálu řádkového optického snímače a získání co nejpřesnějších údajů o průměru příze.

Snaha o získání co nepřesnějších údajů o průměru příze je předmětem i dalších řešení. Například z US6242755 Bl je znám způsob bezkontaktního měření vlákenného textilního materiálu neurčité délky, u něhož je textilní materiál umístěn v oblasti záření alespoň jednoho zdroje záření a jeho stín je zářením promítán na přijímací zařízení obsahující řadu vedle sebe uspořádaných snímacích buněk. Průměr vlákenného textilního materiálu se určuje z počtu zcela zastíněných snímacích buněk a z částečného zastínění jedné nebo dvou sousedních snímacích buněk, přičemž hodnota částečného zastínění se stanovuje poměrným dílem úměrně velikostí částečného zastínění k úplnému zastínění.

Nevýhodou tohoto řešení je při nasazení v on-line režimu na dopřádacích strojích obtížné a složité vyhodnocování částečně zastíněných snímacích buněk z důvodu kmitání vlákenného textilního

- 1 CZ 304682 Β6 materiálu při jeho pohybu před řadou snímacích buněk. K částečnému zastínění jednotlivé buňky může totiž dojít také pouze vlivem pohybu příze během snímacího (integračního) časového intervalu, aniž by skutečně došlo ke změně průměru příze.

Z výše uvedeného vyplývá, že EP1051595B1 (CZ 286 113) a US6242755B1 stanovují průměr lineárního textilního útvaru, resp. příze, velmi podobným způsobem. To je způsobeno tím, že EP1265051B1 má prioritu 14.1.1998 a zveřejněn byl až 13.10.1999 (jako CZ 286 113), a 22.7.1999 (EP1051595B1 jako WO99/036746)) a patent US6242755B1 má prioritu 8.7.1999, takže prioritně starší EP1051595B1 (CZ 286 113) byly zveřejněny až po prioritě US6242755B1 a netvoří proto jeho stav techniky.

Nevýhodou obou těchto řešení je, že se z celkové délky měřené příze fakticky proměří pouze minimální délka, přičemž hodnoty naměřené na velmi krátkých úsecích délky, např. při měření tloušťky příze, je nutno před vlastním zpracováním složitě integrovat, aby byl vyloučen nebo alespoň minimalizován vliv náhodných jevů vzniklých při měření velmi krátkých úseků příze, a aby při tom bylo dosaženo potřebné přesností měření parametrů příze. Tato skutečnost je dána tím, že příze se před snímačem pohybuje určitou rychlostí, např. 1 m/s, přičemž běžná rychlost snímání příze s využitím CCD snímačů je okolo 1 krát za 1 ms. Protože na záření citlivé elementy CCD snímačů používaných pro bezdotykové měření příze mají rozměr okolo 10 pm x 10 pm, dosáhne se takovým zařízením při rychlosti pohybu např. 1 m/s faktického proměření parametrů příze pouze na 1 % její celkové délky, což se ukázalo jako nedostatečné.

Proto bylo vyvinuto zařízení pro bezdotykové měření příze schopné proměřit větší část délky příze z její celkové délky, které je popsáno v CZ 298929 a jehož podstata spočívá v tom, že na záření citlivé elementy optického snímače jsou pravoúhle tvarovány a jejich rozměry ve směru pohybu příze jsou větší než jejich rozměry ve směru kolmém na směr pohybu příze, přičemž popisovaný rozměr snímacích elementů ve směru pohybu příze je v intervalu od 15 pm do 200 pm. To znamená, že při stejné rychlostí pohybu příze a stejné frekvenci snímání jako je uvedeno v předchozím odstavci se dosáhne faktického proměření parametrů příze v intervalu od 1,5 % do 20 % její celkové délky. Snímač záření může být tvořen CMOS optickým snímačem nebo CCD snímačem. Každý z řady na záření citlivých elementů snímače záření je spřažen s vyhodnocovacím zařízením stavu a/nebo intenzity svého ozáření, přičemž vyhodnocovací zařízení může být integrovanou součástí snímače záření. Nevýhodou tohoto zařízení jsou zejména vysoké nároky na datovou propustnost mezí snímačem a procesorem, což klade velké nároky na připojený procesor a celkově omezuje vyhodnocovací možnosti zařízení.

Nevýhody CZ 298929 byly odstraněny zařízením pro bezdotykové měření vlastností pohybující se příze podle CZ 299684, u něhož je řádkový optický snímač integrován do jednoho polovodičového integrovaného zákaznického obvodu ASIC společně s alespoň částí elektronických obvodů pro zpracování a/nebo vyhodnocování signálu řádkového optického snímače, přičemž elektronické obvody pro zpracování a/nebo vyhodnocování signálu řádkového optického snímače jsou se řádkovým optickým snímačem integrovány na společném polovodičovém substrátu a/nebo uloženy v jednom společném pouzdru.

Výhodou takového uspořádání je zejména to, že výchozí operace zpracování a/nebo vyhodnocování signálu snímače probíhají v jednom integrovaném obvodu, takže nejsou limitovány možnostmi datového toku mezi snímačem a procesorem, neboť z výstupu zařízení není třeba přenášet detailní informace o tom, který pixel je osvětlen a který ne, ale přímo v digitální formě se přenáší údaj o průměru příze, který má podstatně menší nároky na datovou propustnost, protože například pro 1000 pixelů není potřeba přenášet 1000 bitů informace, ale jen 10 bitů informace šířce příze, respektive o počtu kontinuálně zastíněných a/nebo ozářených pixelů. Obvody pro zpracování a/nebo vyhodnocování signálu integrované se snímačem jsou schopny pracovat na stejné frekvenci jako snímač, což v případě CMOS řádkových optických snímačů činí v dnešní době běžně 20 až 40 MHz.

-2CZ 304682 B6

Nevýhodou tohoto řešení je čistě digitální vyhodnocování jednotlivých pixelů, kdy podle nastavené komparační úrovně jsou pixely rozděleny na osvícené a neosvícené a průměr příze je tvořen součtem šířky osvícených pixelů. Dále je problematické sledování případného zaprášení pixelů nebo zdroje světla a jejich stárnutí.

EP 1015873 Bl popisuje zařízení pro zaznamenávání alespoň jednoho parametru lineárního tělesa, které se pohybuje podélně, optickým snímačem, který je složen z alespoň dvou samostatných snímačů, z nichž alespoň jeden je digitální a alespoň jeden je analogový. Snímač tedy obsahuje dva druhy snímačů, které pracují podle různých principů nebo jejichž signály jsou vyhodnocovány podle různých principů, přičemž jeden z principů je digitální a druhý analogový.

Výhody tohoto řešení spočívají zejména v tom, že kromě průměru srovnatelně hladkého tělesa lze rovněž v určitých mezích měřit povrchovou strukturu sledovaného tělesa. U příze lze tedy například zároveň měřit digitálně těleso příze bez odstávajících vláken a analogově chlupatost příze, tj. podíl odstávajících vláken. Prostřednictvím vyhodnocovací elektroniky lze takový snímač uzpůsobit i změněným podmínkám měření a vyrovnat nebo zohlednit například vliv nečistot a usazenin na snímačích. Snímač však nelze uzpůsobit změnám vnějšího osvětlení a/nebo stárnutí světelného zdroje.

Nevýhodou tohoto řešení je především to, že se pracuje se dvěma odlišnými typy snímačů, tj. digitálním a analogovým, přičemž signály z obou typů snímačů jsou snímány a zaznamenávány zcela odděleně, a takto jsou předávány k dalšímu zpracování nadřízenému vyhodnocovacímu zařízení, což především u analogového kanálu vede k nutnosti následné digitalizace takto získaných údajů a jejich primárnímu zpracování až ve vyhodnocovacím zařízení. To zejména při Online zpracovávání údajů o vypřádané přízi přímo na výrobním stroji klade neúměrné nároky na výpočetní kapacitu tohoto vyhodnocovacího zařízení. K tomu přistupuje ještě nutnost korelace signálů z digitální a analogové sekce snímače, která je rovněž náročná na výpočetní kapacitu, pokud je prováděna čistě programovými prostředky, jak je popsáno v přihlášce. Rovněž nekontrolovatelné pohyby příze ve směru kolmém na její základní produkční pohyb mohou nepříznivým způsobem ovlivnit analogový signál, získávaný z analogového snímače nebo snímačů. Toto uspořádání je zřejmě akceptovatelné při nasazení v laboratorním měřícím zařízení, kde je kvalita příze hodnocena off-line při vhodné rychlosti a důkladné stabilizaci polohy příze před snímačem, aleje zcela nevhodné při nasazení snímačů online přímo na dopřádacích nebo soukacích strojích a to jak z technického tak ekonomického hlediska.

Další nevýhodou tohoto zařízení, vyplývající ze zcela nezávislého zpracování signálů z digitální a analogové sekce je to, že každý z těchto kanálů je zatížen jinými druhy chyb, které mohou být závislé například na teplotě nebo okolním osvětlení a v případě analogového kanálu i na šumu a elektromagnetických rušivých signálech, indukovaných do analogového vodiče, který z principu popsaného v patentu musí mít nějakou minimální délku, ve které je vystaven vlivu elektromagnetického rušení z okolních zařízení dopřádacího stroje.

Prostředí bez rušení lze zřejmě vytvořit opět v případě měřicího přístroje, nasazeného v laboratoři, ale nikoliv při on line nasazení na dopřádacím nebo soukacím stroji.

EP1051595B1 (CZ 286 113) kromě výše uvedeného zjišťování tloušťky lineárním CCD snímačem popisuje také spojité sledování pohybujícího se lineárního textilního útvaru, při němž se pohybující se lineární textilní útvar sleduje v množství rovin snímání, neboť lineární textilní útvar se pohybuje mezi plošným zdrojem záření a maticovým CCD snímačem, takže by mělo být schopno on-line nasazení na textilním stroji, ale vyhodnocování stavu a/nebo intenzity ozáření se provádí u každého z elementů maticového CCD snímače v jednotlivých řádcích. Vyhodnocování je proto složité, pomalé a drahé, a proto zařízení nelze použít k nasazení na textilních strojích vyrábějících nebo zpracovávajících příze, jako jsou dopřádací nebo soukací stroje.

-3 CZ 304682 B6

Cílem vynálezu je vytvořit optický snímač pro zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze, schopný nasazení přímo na dopřádacích nebo soukacích strojích a ve srovnání s dosavadním stavem techniky sloužící pro získávání informací o větším rozsahu vad příze, zejména vad s pomalu se měnícím průměrem, a zajišťující větší přesnost a citlivost měření a zároveň s vysokou odolností proti vnějším vlivům, např. okolnímu světlu nebo stárnutí zdroje záření. Dalším cílem je provádět velkou část matematických operací souvisejících se sledováním parametrů příze přímo v optickém snímači.

Při předení, zejména při předení z méně kvalitních surovin, dochází k usazování prachu na snímací zóně snímače a/nebo výstupní zóně zdroje světla, což může velmi negativně ovlivňovat výsledky měření.

Proto je dalším cílem vynálezu eliminovat vliv znečištění snímače na co nejnižší možnou míru.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo optickým snímačem obsahujícím množství optických prvků podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že optické prvky senzoru jsou uspořádány ve dvou rovnoběžných řadách kolmo ke směru pohybu průmětu příze, přičemž každý optický prvek poskytuje na svém výstupu analogový signál odpovídající intenzitě jeho ozáření a každý optický prvek má obdélníkový tvar, přičemž optické prvky první řady jsou orientovány svými delšími stranami ve směru pohybu průmětu příze a optické prvky druhé řady jsou orientovány svými delšími stranami kolmo na směr pohybu průmětu příze.

Senzor optického snímače je konstruován tak, aby poskytoval komplexní informaci o vlastnostech vypřádané příze a zároveň umožňoval eliminaci negativních vlivů okolního prostředí. Toho je dosaženo použitím dvou řad optických prvků, přičemž jednotlivé optické prvky poskytují na svých výstupech analogové signály, odpovídající intenzitě jejich ozáření, přičemž tyto řady jsou složeny z obdélníkových optických prvků, které jsou v každé řadě orientovány navzájem v kolmém směru. První řada optických prvků slouží primárně ke zjištění průměru příze a zjištění okamžité polohy příze před snímačem pro účely vymaskování optických prvků druhé řady. Druhá řada optických prvků slouží především k získání informace o vnějším osvětlení, stupni zaprášení snímače a o povrchové struktuře.

Z hlediska geometrie a kvality sledování vypřádané příze je výhodné, je-li poměr kratších a delších stran optických prvků v první řadě 1:10 až 1:200, s výhodou 1:100. Tento poměr délek stran, spolu s reálnými možnostmi současné polovodičové technologie vedou k délce delší strany obdélníkového pixelu první řady v oblasti 0,05 až 0,4 mm. Na této délce je tedy signál o průměru příze přímo na snímači analogově integrován, takže je zaručeno proměření veškerých úseků příze, ale zároveň je tato délka menší, než jsou nejmenší vady, které se v přízi sledují. Nopky mají obvykle délku větší než 1 mm a vady s pomalu se měnícím průměrem jsou několikanásobně delší. Jako optimální se zároveň jeví použití optického prvku tak dlouhého, aby při předpokládané maximální rychlosti měřeného lineárního textilního útvaru, prošla před optickým prvkem během jednoho snímání stejná délka příze jako je délka optického prvku.

Poměr kratších a delších stran jednotlivých optických prvků ve druhé řadě je 1:2 až 1:10, s výhodou 1:5. Důvodem pro tuto volbu je především srovnatelnost délky delší strany optického prvku druhé řady s průměrem obvykle vypřádaných přízí, což při zpracování signálů z optických prvků druhé řady umožní vhodným vymaskováním plně osvícených optických prvků a/nebo plně zastíněných optických prvků, dosáhnout zvýšené přesnosti při hodnocení povrchové struktury příze. Délka kratší strany optického prvku druhé řady je naopak volena velmi krátká a to s ohledem na získání co největších detailů o povrchové struktuře příze.

-4CZ 304682 Β6

Zároveň je výhodné, je-li počet jednotlivých optických prvků druhé řady a počet jednotlivých optických prvků první řady je v poměru 10:100 až 20:2000, s výhodou 16:1024. Toto uspořádání zajišťuje získání relevantních údajů jak o průměru příze, vlivem integrace signálu na první řadě optických prvků, tak o povrchové struktuře příze vlivem využití optických prvků druhé řady, které jsou právě jen částečně osvíceny a to na základě údaje o poloze příze před snímačem, získaného z první řady optických prvků.

Pro zvýšení přesností měření a zajištění, že je vždy měřen oběma řadami senzoru v podstatě shodný úsek příze, je mezi oběma řadami optických prvků vzdálenost menší než délka delší strany obdélníkového tvaru optického prvku první řady a zároveň vzdálenost mezi vnější stranou optických prvků první řady a vnější stranou optických prvků druhé řady je maximálně dvojnásobkem délky delší strany optických prvků první řady.

Vzhledem k tomu, že každý optický prvek senzoru poskytuje na svém výstupu analogový signál, může být libovolný plně osvícený optický prvek první a/nebo druhé řady použit pro získání informace o vnějším osvětlení, stupni zaprášení senzoru nebo o stárnutí zdroje záření. Jelikož senzor je schopen jednoduchým způsobem rozlišit mezi plně osvícenými a částečně osvícenými a plně zastíněnými optickými prvky, lze tyto informace získat ze senzoru i v době, kdy se v senzoru pohybuje příze. Porovnáním hodnot a/nebo jejich změn plně osvícených optických prvků lze rozlišit a případně i kompenzovat jednotlivé vnější vlivy.

Výstupy jednotlivých optických prvků první řady jsou prostřednictvím jednoho nebo několika analogových multiplexerů propojeny s alespoň jedním analogově digitálním převodníkem, přičemž výstup každého jednotlivého optického prvku druhé řady je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku. Vzhledem k velkému počtu optických prvků první řady se použitím multiplexerů sníží počet potřebných analogově digitálních převodníků, a v důsledku toho se sníží plocha polovodičového substrátu, na němž jsou uloženy, a tím i cena optického snímače.

Analogově digitální převodník/převodníky pro skupiny optických prvků první řady mají menší rozlišení než analogově digitální převodníky pro jednotlivé optické prvky druhé řady. Vzhledem k tomu, že první řada optických prvků slouží primárně k měření průměru příze a na vzdálenosti, odpovídající delší straně obdélníkového optického prvku dochází k integraci signálu z délky příze, odpovídající této vzdálenosti, postačí pro dostatečnou funkcí menší rozlišení analogově digitálního převodníku, který se z důvodů vlastností polovodičové struktury vyznačuje menším digitalizačním šumem. Zároveň je důvodem pro toto řešení vliv na potřebnou plochu polovodičového substrátu snímače pro realizací analogově digitálního převodníku s větším rozlišením.

Optické prvky v obou rovnoběžných řadách jsou uspořádány na společném polovodičovém substrátu společně s analogovými multiplexery první řady a příslušnými analogově digitálními převodníky pro zpracování analogových výstupních signálů optických prvků, přičemž výstupy všech analogově digitálních převodníků jsou propojeny se vstupem programovatelného zařízení optického snímače, například mikroprocesoru nebo programovatelného logického pole (FPGA, CPLD), které je uspořádáno na stejném polovodičovém substrátu. Integrované předzpracování analogových signálů programovatelným zařízením přímo ve snímači umožní eliminovat rušivé signály, kterými je každý přenos analogových signálů na větší vzdálenost vždy zatížen a zároveň lze podstatným způsobem snížit výpočetní výkon navazujícího procesoru v čističi příze při následném zpracování dat a vyhodnocování vad v přízi. Ze snímače jsou vyčítána všechna nezbytná data již předzpracovaná a připravená pro vlastní vyhodnocení kvality příze v čističi příze. Vlastní optický snímač tímto způsobem kontinuálně vzorkuje přízi na své maximální frekvencí tak, aby nedocházelo ke ztrátě informace při vysokých rychlostech pohybu příze, a programovatelnému zařízení čističe příze a/nebo nadřazenému systému předává již předzpracované relevantní informace.

-5CZ 304682 B6

Programovatelné zařízení optického snímače při tom s výhodou obsahuje digitální programovatelné prostředky pro komplexní zpracování dat z výstupů analogově digitálních převodníků, příslušejících k optickým prvkům obou řad. Pomocí digitálních programovatelných prostředků lze předzpracovávat data jednodušeji a lze aplikovat i značně výkonné algoritmy. Programování umožňuje řídit a měnit způsob předzpracování dat pro různé aplikace a/nebo pro různé požadavky programovatelného zařízení čističe příze a/nebo z nadřazeného systému během provozu stroje. Navíc případná změna integrovaného programu je podstatně jednodušší, než kompletní nový návrh nové polovodičové struktury optického snímače.

Pro komunikaci s nadřazeným systém a/nebo programovatelným zařízením čističe příze je výhodné, když na společném polovodičovém substrátu jsou integrovány obvody pro komunikaci s těmito zařízeními.

V jiném provedení jsou na společném polovodičovém substrátu, s výhodou v programovatelném zařízení optického snímače, integrovány i digitální programovatelné prostředky pro hodnocení kvality příze a klasifikací vad v přízi a není potřeba nasazení programovatelného zařízení čističe příze nebo může mít daleko nižší výkon.

Dvě řady obdélníkových optických prvků jsou umístěny na společném polovodičovém substrátu velmi blízko u sebe, takže poskytují v daném okamžiku informace o prakticky shodném úseku příze. To lze s vysokou přesností prohlásit vzhledem ke společnému zdroji záření, uspořádání optické soustavy a určitém rozptylu tohoto záření ve směru pohybu příze. Dále jsou na společném polovodičovém substrátu umístěny i všechny potřebné elektronické vyhodnocovací obvody, které zpracovávají analogové výstupní signály z obou řad optických prvků.

Hlavní výhodou řešení podle vynálezu je, že veškeré signály, poskytující úplnou informací o parametrech příze, získané z obou řad analogových optických prvků jsou již přímo v optickém snímači zpracovány tak, že na výstupu snímače je k dispozici komplexní informace o aktuálních okamžitých parametrech snímaného úseku příze a tato komplexní informace je předávána programovatelnému zařízení čističe příze pro hodnocení kvality vypřádané nebo zpracovávané příze a identifikaci vad v ní. Výpočetní kapacita tohoto programovatelného zařízení čističe příze tak již není zatěžována zpracováváním velkých objemů dat v reálném čase a je možněji využít k sofistikovanému hodnocení aktuální kvality příze, detekcí a klasifikaci vad a to za malých nákladů, které jsou důležité při nasazení těchto čističů příze přímo na výrobních strojích obsahujících velké množství pracovních míst.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení snímače podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde značí Obr. 1 uspořádání snímače. Obr. 2 uspořádání čističe příze a Obr. 3 senzor.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze na textilních strojích, například spřádacích strojích nebo soukacích strojích, obsahuje pouzdro I, v němž je vytvořena drážka ϋ pro průchod příze 2. Drážka JT je z jedné strany otevřená, což umožňuje vložení příze 2 do drážky JT. V bočních stěnách drážky JT jsou proti sobě uspořádány výstupní část zdroje 3 záření a senzor 4 optického snímače 5.

Zdroj 3 záření obsahuje ve znázorněném provedení svítivou diodu 3_f a optickou čočku 32 sloužící k vytváření svazku rovnoběžných paprsků procházejících přes drážku JT a vytvářející na senzoru 4 optického snímače 5 stín, způsobený kolmým průmětem příze 2.

-6CZ 304682 B6

Senzor 4 optického snímače 5 obsahuje dvě rovnoběžné řady optických prvků. Optické prvky 41 první řady mají obdélníkový tvar a jsou orientovány svými delšími stranami ve směru pohybu průmětu příze 2. Optické prvky 42 druhé řady mají rovněž obdélníkový tvar, ale jsou orientovány svými delšími stranami kolmo na směr pohybu průmětu příze 2. Na výstupu optických prvků 44 první řady i na výstupu optických prvků 42 druhé řady je analogový signál, který je úměrný intenzitě ozáření, respektive zastínění příslušného optického prvku 41, 42. Optické prvky 41, 42 obou řad jsou vytvořeny CMOS technologií. Na Obr. 3 jsou schematicky znázorněny optické prvky 41, 42 senzoru 4, na který se promítá příze 2, přičemž černou barvou v jednotlivých optických prvcích 44, 42 je znázorněna velikost analogového signálu vydávaného osvícenými nebo částečně osvícenými optickými prvky 41, 42.

Ve znázorněném a popisovaném příkladu provedení jsou rozměry každého jednotlivého optického prvku 411, 442,...41n první řady 2 x 200 pm, přičemž jejích rozteč je 4 pm, což znamená, že vzdálenost mezi jednotlivými optickými prvky je 2 pm. Obvyklý počet jednotlivých optických prvků 411, 412,...41n první řady je 1024. Z toho vyplývá, že délka první řady optických prvků je asi 4 mm, přičemž průměry sledovaných přízí jsou v řádech desítek až stovek pm a průměry vad mohou být až několikanásobkem průměru příze. Z výše uvedeného vyplývá, že ve znázorněném příkladu provedení je poměr kratších stran a delších stran optických prvků 44 první řady 1:100.

Světelná citlivost optického prvku je dána jeho plochou. Pokud je plocha optického prvku malá, je malá i jeho citlivost a je třeba větší světelný výkon zdroje záření. Vzhledem k tomu, že u optických prvků pro sledování šířky průmětu příze požadujeme optické prvky co nej užší, neboť šířka optického prvku a rozteč mezi optickými prvky určuje přesnost měření, je třeba pro dosažení optimální citlivosti v kombinaci s možnostmi zdroje záření určitá délka optického prvku. Pokud charakterizujeme optický prvek poměrem jeho kratší a delší strany, jeví se jako dolní mezní hodnota poměr 1:10 a jako horní mezní hodnota se jeví poměr až 1:200, jehož lze ještě dosáhnout za přijatelných ekonomických podmínek.

Optický snímač 5 většinou pracuje na své maximální frekvenci, tedy například 40000 vzorků za sekundu. Jako optimální se jeví použití optického prvku tak dlouhého, aby při předpokládané rychlosti příze prošla před optickým prvkem během jednoho vzorku měření stejná délka příze jako je délka optického prvku. To při předpokládané rychlosti příze 480 m/min odpovídá rychlosti 8 m/s, tedy 8000 mm/s. Před senzorem 5 tedy za jednu sekundu proběhne 8000 mm sledované příze 2, což znamená, že při každém vzorkování je před senzorem 0,2 mm (200 pm) délky příze 2.

Ve znázorněném a popisovaném příkladu provedení jsou rozměry každého optického prvku 42 druhé řady 254 x 50 pm, přičemž jejich rozteč je 256 pm, což znamená, že vzdálenost mezi optickými prvky 42 druhé řady je 2 pm. Obvyklý počet optických prvků 42 druhé řady je 16, takže délka druhé řady optických prvků je stejnájako délka první řady optických prvků, tedy asi 4 mm. Z toho vyplývá, že ve znázorněném příkladu provedení je poměr kratších a delších stran optických prvků 42 druhé řady přibližně 1:5. Pro odborníka je zřejmé, že i poměr kratších a delších stran jednotlivých optických prvků 42 druhé řady lze v určitém rozsahu měnit bez negativních dopadů na přesnost měření této řady a soustavy obou řad optických prvků. Jako optimální se jeví poměr 1:2 až 1:10.

Obě řady jednotlivých optických prvků 41, 42 jsou umístěny blízko sebe, aby v daném okamžiku poskytovaly informace o v podstatě shodném úseku příze 2. Vzdálenost 43 mezi první řadou optických prvků 41 a druhou řadou optických prvků 42 je menší, než délka delší strany obdélníkového tvaru optického prvku 41 první řady a zároveň je vzdálenost mezi vnější stranou optických prvků 41 první řady a vnější stranou optických prvků 42 druhé řady maximálně dvojnásobkem délky delší strany optických prvků 41 první řady. Při umístění druhé řady optických prvků 42 blízko první řady optických prvků 44 poskytují obě řady optických prvků informace o v podstatě shodném úseku příze 2.

-7CZ 304682 B6

Výstupy optických prvků 41, 42 jsou zpracovávány analogově a následně analogově digitálními převodníky tak, aby byla získána přesná hodnota intenzity ozáření optických prvků 41, 42 každé řady, jakje znázorněno na Obr. 3.

Příkladné zapojení optického snímače 5 je schematicky znázorněno na Obr. 1, kde je čárkovanou čarou naznačen polovodičový substrát, na němž je uspořádána první řada optických prvků 41 senzoru 4. Výstupy jednotlivých optických prvků 411, 412,. ..41n první řady jsou prostřednictvím jednoho nebo několika analogových multiplexerů 410 připojeny k jednomu nebo několika analogově digitálním převodníkům 6, přičemž ve znázorněném provedení je použit jeden multiplexer 410 a jeden analogově digitální převodník 6. Analogové multiplexery 410 a analogově digitální převodník/převodníky 6 jsou uspořádány na společném polovodičovém substrátu společně s optickými prvky 41 první řady senzoru 4.

Ideální stav je, když každý jednotlivý optický prvek má svůj vlastní rychlý analogově digitální převodník s velkým rozlišením. Čím je větší rozlišení převodníku, tím je větší potřebná plocha čipu a tím je vyšší i cena celého zařízení. Proto je výhodné pro první řadu obsahující velké množství optických prvků použít analogové multiplexery a menší počet analogově digitálních převodníků. Na tomto společném polovodičovém substrátu je uspořádána i druhá řada optických prvků 42 senzoru 4. Tato druhá řada je rovnoběžná s první řadou a výstup každého jednotlivého optického prvku 421, 422,...42n druhé řady je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku 61, 62,...6n, přičemž tyto analogově digitální převodníky jsou uspořádány na společném polovodičovém substrátu s výše popsanými prvky. Analogově digitální převodníky 61, 62.... 6n limitují svým počtem a potřebnou plochou počet jednotlivých optických prvků 421, 422, ...42n druhé řady proto lze i pro druhou řadu použít analogové multiplexery a menší počet analogově digitálních převodníků, tak jak je znázorněno a popsáno u první řady. Výstupy všech analogově digitálních převodníků 6, 61, 62, ...6n jsou propojeny se vstupem programovatelného zařízení 7 snímače (mikroprocesor. FPGA/CPLD), které je uspořádáno na společném polovodičovém substrátu a které obsahuje digitální prostředky pro zpracování informací z obou řad jednotlivých optických prvků 41, 42 senzoru. Programovatelné zařízení 7 snímače 5 obsahuje neznázoměné digitální prostředky a/nebo digitální programovatelné prostředky pro komplexní zpracování dat z výstupů analogově digitálních převodníků 6, 61, 62,...6n příslušejících k optickým prvkům 44, 42 obou řad.

Programovatelným zařízením 7 optického snímače 5 lze předzpracovávat údaje získané z jednotlivých optických prvků 44, 42 jednodušeji a lze aplikovat i značně výkonné algoritmy. Navíc případná změna integrovaného programu je podstatně jednodušší, než kompletní nový návrh polovodičové struktury snímače 5.

Programování umožňuje řídit a měnit způsob předzpracování dat pro různé aplikace a/nebo pro různé požadavky během provozu z nadřazeného systému.

Prostředky programovatelného zařízení 7 optického snímače 5 zajišťují předzpracování dat přímo ve snímači, čímž se podstatným způsobem sníží zatížení při následném zpracování. Z optického snímače 5 jsou vyčítána již předzpracovaná a pro vlastní vyhodnocení kvality příze 2 připravená všechna nezbytná data. Vlastní optický snímač 5 tímto způsobem kontinuálně vzorkuje přízi 2 na své maximální frekvenci, tak aby nedocházelo ke ztrátě informace při vysokých rychlostech pohybu příze 2. Takto navzorkovaná výchozí data není třeba přenášet mezi snímačem 5 a dalšími jednotkami pro zpracování např. pomocí komunikačních sběmic, ale jsou předzpracována přímo ve snímači 5 vysokou rychlostí a pro další zpracování poskytuje optický snímač 5 již data usnadňující další vyhodnocení.

Ve znázorněném provedení jsou na společném polovodičovém substrátu optického snímače 5 integrovány obvody komunikační sběrnice 8 pro komunikaci s programovatelným zařízením 9

-8CZ 304682 B6 čističe příze pro hodnocení kvality příze 2 a klasifikaci vad v přízi 2. Programovatelné zařízení 9 čističe příze je spřaženo s komunikační sběrnicí 10 čističe příze pro přenášení dat z čističe příze do nadřazených systémů a řízení čističe příze těmito nadřazenými systémy.

V neznázoměném provedení jsou digitální programovatelné prostředky pro hodnocení kvality příze 2 a klasifikaci vad v přízi 2 součástí programovatelného zařízení 7 optického snímače 5.

Analogově digitální převodník/převodníky 6 mají pro skupiny optických prvků 41 první řady menší rozlišení než analogově digitální převodníky 61, 62,...6n pro jednotlivé optické prvky 421, 422,.. .42n druhé řady.

Průmyslová využitelnost

Snímač podle vynálezu lze využít přímo na strojích pro výrobu a/nebo zpracování příze a přízi podobných lineárních textilních útvarů.

Claims (11)

1. CMOS optický snímač obsahující množství optických prvků pro zařízení ke zjišťování parametrů pohybující se příze (2) nebo jiného lineárního textilního útvaru na textilních strojích pomocí kolmého průmětu příze (2) na optické prvky (41, 42) senzoru (4) prostřednictvím jediného zdroje (3) záření, vyznačující se tím, že optické prvky (41, 42) senzoru (4) jsou uspořádány ve dvou rovnoběžných řadách kolmo ke směru pohybu průmětu příze (2), přičemž každý optický prvek (41, 42) poskytuje na svém výstupu analogový signál odpovídající intenzitě jeho ozáření a každý optický prvek (41, 42) má obdélníkový tvar, přičemž optické prvky (41) první řady jsou orientovány svými delšími stranami ve směru pohybu průmětu příze (2) a optické prvky (42) druhé řady jsou orientovány svými delšími stranami kolmo na směr pohybu průmětu příze (2).

2. CMOS optický snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr kratších a delších stran optických prvků (41) v první řadě je 1:10 až 1:200, s výhodou 1:100.

3. CMOS optický snímač podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že poměr kratších a delších stran optických prvků (42) ve druhé řadě je 1:2 až 1:10, s výhodou 1:5.

4. CMOS optický snímač podle libovolného z nároků laž3, vyznačující se tím, že počet jednotlivých optických prvků (421, 422,....42n) druhé řady a počet jednotlivých optických prvků (411, 412,...4 ln) první řady je v poměru 10:100 až 20:2000, s výhodou 16:1024.

5. CMOS optický snímač podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mezi oběma řadami optických prvků (41, 42) je vzdálenost (43) menší než délka delší strany obdélníkového tvaru optického prvku (41) první řady a zároveň vzdálenost mezi vnější stranou optických prvků (41) první řady a vnější stranou optických prvků (42) druhé řady je maximálně dvojnásobkem délky delší strany optických prvků (41) první řady.

6. CMOS optický snímač podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výstupy jednotlivých optických prvků (411, 412,..,41n) první řady jsou prostřednictvím jednoho nebo několika analogových multiplexerů (410) propojeny s alespoň jedním analo-9CZ 304682 B6 gově digitálním převodníkem (6), přičemž výstup každého jednotlivého optického prvku (421, 422,... 42n) druhé řady je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku (61, 62,...6n) buď přímo, nebo prostřednictvím analogového multiplexeru.

7. CMOS optický snímač podle nároku 6, vyznačující se tím, že analogově digitální převodník/převodníky (6) pro skupiny optických prvků (41) první řady mají menší rozlišení než analogově digitální převodníky (61, 62,...6n) pro jednotlivé optické prvky (421, 422,...42n) druhé řady.

8. CMOS optický snímač podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že optické prvky (41, 42) v obou rovnoběžných řadách jsou uspořádány na společném polovodičovém substrátu společně s jim příslušnými analogově digitálními převodníky (6, 61, ...6n) pro zpracování analogových výstupních signálů optických prvků (41, 42), přičemž výstupy všech analogově digitálních převodníků (6, 61, 62,...6n) jsou propojeny se vstupem programovatelného zařízení (7) optického snímače (5), které je uspořádáno na stejném polovodičovém substrátu.

9. CMOS optický snímač podle nároku 8, vyznačující se t í m , že programovatelné zařízení (7) optického snímače (5) obsahuje digitální programovatelné prostředky pro komplexní zpracování dat z výstupů analogově digitálních převodníků (6, 61, 62,...6n), příslušejících k optickým prvkům (41,42) obou řad.

10. CMOS optický snímač podle nároku 9, vyznačující se tím, že na společném polovodičovém substrátu jsou integrovány obvody pro komunikaci s programovatelným zařízením (9) čističe příze (2).

11. CMOS optický snímač podle nároku 9, vyznačující se tím, že programovatelné zařízení (7) optického snímače (5) obsahuje digitální programovatelné prostředky pro hodnocení kvality příze (2) a klasifikaci vad v přízi (2).