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Lichtschranke zum Nachweis kleiner Körper, insbesondere zur Fadenkontrolle
an Textilmaschinen Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zum Nachweis kleiner
Körper, die nur einen kleinen Bruchteil des Lichtstrahles abdecken, insbesondere
zur Fadenkontrolle an Textilmaschinen unter Verwendung eines Scheinwerfers mit abbildender
Optik.
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Es ist bekannt, zum Nachweis von Körpern Lichtschranken zu verwenden.
Diese bestehen aus einer Lichtquelle (Scheinwerfer) und einem elektrischen Auge
(Lichtempfänger). Durch die nachzuweisenden Körper wird der Strahlengang ganz oder
teilweise abgedunkelt, und der veränderte Fotostrom des Lichtempfängers wird unmittelbar
oder über Verstärker dazu verwendet, um Relais oder irgendwelche elektrische oder
mechanische Vorgänge auszulösen. Sind die nachzuweisenden Körper in ihren Ausmaßen
sehr klein, so begegnet ihre Erfassung erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere
dann, wenn der Ort der nachzuweisenden Körper sich ändert und längere Schranken
benötigt werden. Handelt es sich insbesondere darum, eine größere Anzahl von dünnen
Fäden zu überwachen und deren Hindurchfallen durch eine Lichtschranke zum Nachweis
von Fadenbrüchen zu verwenden, so werden nur geringe Bruchteile des in der Lichtschranke
fließenden Lichtstromes abgedeckt.
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Eine einfache Überlegung lehrt, daß eine Lichtschranke zum Nachweis
kleiner Körper um so empfindlicher gemacht werden kann, je stärker man den Lichtstrom
wählt, weil dann die absolute Größe des relativ abgedunkelten Lichtes zunimmt. Es
sind Verfahren bekannt, z. B. kapazitive Kupplungen, bei denen der Empfänger auf
dieses absolute Maß der relativen Lichtstromänderungen anspricht. Allerdings müssen
derartige Lichtempfänger sehr empfindlich sein. Bei technischen Anordnungen zum
Nachweis kleiner Körper insbesondere bei Textilmaschinen wirken sich derart empfindliche
Empfänger infolge der unvermeidlichen mechanischen Erschütterungen nachteilig aus.
Die Erschütterungen täuschen Lichtstromänderungen vor und lösen Fehlalarme aus.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und löst die Aufgabe, Fehlschaltungen durch
mechanische Erschütterungen praktisch auszuschließen.
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Nach der Erfindung gelangt ein Scheinwerfer mit abbildender Optik
zur Anwendung bei dem der Durchmesser des Scheinwerferlichtfleckes in der Ebene
des Empfängers kleiner bemessen ist als die wirksame Eingangsöffnung des Empfängers
und so eingestellt ist, daß zwischen den Randlinien des Empfängers und des Scheinwerferlichtfleckes
eine praktisch unbeleuchtete Zone bestehenbleibt, die breiter ist als die Erschütterungsamplituden
des Scheinwerferlichtfleckes.
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Es ist bereits bekannt, bei einer lichtelektrischen Reflexstreuung
Störungen in der Anzeige, die bei Auftreten von Falten der abzutastenden Folie infolge
Danebenreflektieren des Lichtbündels im Objektiv entstehen könnten, dadurch zu beseitigen,
daß man die Apertur dieses Objektivs als Vielfaches der Apertur des Objektivs des
einfallenden Bündels wählt.
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Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die Fläche der abzutastenden
Marken auf einer Bahn groß gegenüber dem Querschnitt des Lichtbündels ist, so daß
Fehlanzeigen nicht auftreten.
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Bei diesen Abtastvorrichtungen entstehen jedoch im Gegensatz zu der
erfindungsgemäßen Vorrichtung die Störungen infolge Reflexion an einem abzutastenden
Objekt zwischen Lichtquelle und Empfänger und die günstigste Bemessung der Eingangsöffnung
des Empfängers ist diesen Anordnungen nicht entnehmbar. Es hat sich gezeigt, daß
die Berührung oder ein gegenseitiges Schneiden der Randlinien bei Erschütterungen
zu einer Modulation führt, die das Vorhandensein kleiner Körper vortäuscht, während
die erfindungsgemäße Anordnung diesen Effekt ausschließt.
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Auch ungleichmäßige Verteilung der Lichtstärke in der Ebene des Empfängers
entspricht Randlinien unterschiedlichen Niveaus, die zu Modulationen führen können.
Die Erfindung wird durch Abbildungen erläutert: Abb. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau
einer Lichtschranke für große Lichtströme zum Nachweis herabfallender Fäden;
Abb.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtschrankenausbildung, bei der der abgebildete
Lichtfleck von der Lichtempfängereingangsöffnung umschlossen ist; Abb. 3 zeigt den
gleichen Lichtempfänger vom Scheinwerfer aus gesehen; Abb. 4 zeigt eine erfindungsgemäße
Lichtschranke mit an sich bekannter Zwischenabbildung der Lichtquelle und abgeblendetem
Sichtfeld des Empfängers sowie das Beispiel einer Verstärkerschaltung.
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Die Abb. 1 zeigt eine Lichtschranke für einen großen Lichtfluß mit
dem Scheinwerfer 1 und dem Lichtempfänger 2. Die im Gehäuse 3 des Scheinwerfers
1 angeordnete Lichtquelle 4 (etwa der Faden einer Glühlampe) wird über die Optik
5 so abgebildet, daß angenähert parallele Strahlen austreten und in Richtunng des
Empfängers 2 ausstrahlen. Das Gehäuse 6 des Empfängers 2 trägt eine Optik 7, die
das Lichtstrahlenbündel über eine Blende 8 auf die Fotozelle 9 gelangen läßt. Die
quer zum Lichtbündel verlaufenden Linien 10 deuten eine von oben gesehene Fadenschar
an, die sich über dem Lichtstrahl befindet. Sobald ein Fadenbruch auftritt, fällt
der betreffende Faden durch die Lichtschranke hindurch.
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Sobald der gestrichelt gezeichnete Lichtstrahl 11 durch einen Faden
abgedeckt wird, gelangt auf die Fotozelle 9 ein verringerter Lichtstrom. Die damit
verbundene Fotostromänderung kann über einen Verstärker angezeigt und ein Licht-
oder akustischer Alarm ausgelöst oder die Maschine angehalten werden. Die an sich
optimal ausgebildete Lichtschranke im Beispiel Abb. 1 hat jedoch einen erheblichen
Mangel. Treten nämlich unvermeidliche Erschütterungen auf, so führen diese zu geringfügigen
Pendelungen der optischen Achse, und es werden durch das gegenseitige Schneiden
und Berühren der Randlinien vom Lichtfleck und Lichtempfänger Lichtstromveränderungen
herbeigeführt. Es erfolgt falscher Alarm, und die Lichtschranke wird unbrauchbar.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung wird
dieser Nachteil ausgeschaltet. Bei der in Abb. 2 dargestellten erfindungsgemäßen
Anordnung ist die Lichtschranke so ausgebildet, daß der Scheinwerferlichtfleck In
der Eingangsebene 12 des Empfängers kleiner bemessen ist als die wirksame Eingangsöffnung
des Empfängers, und so abgebildet, daß zwischen den Randlinien des Empfängereingangs
und des Scheinwerferlichtfleckes eine unbeleuchtete Zone bestehenbleibt, die breiter
ist als die Erschütterungsamplituden des Scheinwerferlichtfleckes. Im Beispiel Abb.
2 ist ein Lichtbündel 11 mit gleichbleibendem Querschnitt dargestellt und die Eingangsoptik
7 des Empfängers 2 vergrößert. Dies hat den Vorteil, daß die Abbildung des Scheinwerferlichtfleckes
größer sein darf, was sich räumlich und in bezug auf den Lichtstrom vorteilhaft
auswirkt. Die Abb. 3 zeigt die gleiche Schranke, und zwar die Lichtempfängeröffnung
vom Scheinwerfer aus gesehen. Man erkennt, daß innerhalb der wirksamen Öffnung des
Lichtempfängers 2 eine (schraffiert gezeichnete) Lichtfleckfläche besteht, die auch
bei auftretenden Erschütterungsamplituden innerhalb der Lichtempfängeröffnung verbleibt.
Die eingezeichneten Doppelpfeile 13 deuten die Randlinienverschiebungen durch Erschütterungen
an. Über der Schrannke 11 sind die Fäden in Längsansicht als Punkte 10 angedeutet.
Unabhängig davon, ob die Lichtverteilung innerhalb des Lichtfleckes homogen ist,
gelangt also stets die gleiche Lichtmenge auf die Fotozelle.
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Um eine möglichst kreisförmige Abbildung der Lichtquelle zu erhalten,
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, eine an sich bekannte Zwischenabbildung der
Lichtquelle vorzusehen, wie es in Abb. 4 gezeigt ist. Die im Gehäuse 3 des Scheinwerfers
eingebaute Optik 14 bildet die Lichtquelle in der Ebene der Blende 15 ab, so daß
die abbildende Optik 5 des Scheinwerfers 1 die Blendenöffnung der Blende 15 in der
Ebene 12 des Empfängers 2 abbildet. Im vorliegenden Beispiel ist wiederum gemäß
der Erfindung der abgebildete Lichtfleck kleiner als die Eingangsöffnung des Empfängers
(2). Durch die angeordnete Zwischenblende 15 wird erreicht, daß nicht die rechteckigen
Glühwendel der Glühlampe 4, sondern eine gemäß der Erfindung zweckmäßig kreisförmige
Abbildung der Blende 15 in Erscheinung tritt.
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Die unvermeidlichen Erschütterungen wirken sich nicht nur auf den
Scheinwerfer, sondern unter Umständen auch auf den Empfänger aus. Nach der Erfindung
wird der Empfänger daher so ausgebildet, daß sein Gesichtsfeld in der Ebene des
Scheinwerfers größer bemessen ist als die Lichtausgangsöffnung des Scheinwerfers,
derart, daß eine die Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers allseitig umfassende
Gesichtsfeldzone entsteht, die breiter ist als die Erschütterungsamplituden des
Lichtempfängers. Die Gesichtsfeldgröße wird in erster Linie durch die Bemessung
der Blende 8 im Inneren des Empfängers 2 bestimmt. In Abb. 4 ist das Gesichtsfeld
mit den angenommenen Erschütterungsamplituden 13 einge zeichnet. Es zeigt sich,
daß hierbei die Schwankungen der Blickrichtung infolge von Erschütterungen nicht
zu einem Herauswandern des Gesichtsfeldes aus der Scheinwerferöffnung führen.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, den Scheinwerfer wie in Abb. 4 dargestellt,
mit einem ihn allseitig umfassenden Blendschirm 16 zu versehen, dessen Durchmesser
größer ist als das Gesichtsfeld des Lichtempfängers zuzüglich seiner Erschütterungsamplitude.
Durch den Schirm 16 wird erreicht, daß irgendwelche Lichtquellen, die in der Blickrichtung
des Lichtempfängers 2 gelegen sein können, nicht störend einwirken.
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Abb. 4 zeigt ferner ein Beispiel für die elektrische Ausrüstung der
Fadenkontrolleinrichtung, und zwar einen an sich bekannten Verstärker, der in Verbindung
mit der erfindungsgemäßen Scheinwerferanordnung besonders vorteilhaft arbeitet.
Die Fotozelle9 liegt in Reihe mit einem Arbeitswiderstand 17, der die an ihm auftretende
Spannungsänderung bei Eintreten eines Fadens in die Lichtschranke über den Kondensator
18 auf das Gitter 19 der Verstärkerröhre 20 überträgt. Die Verstärkerröhre 20 überträgt
unter Benutzung des Reihenwiderstandes 21 und des Kondensators 22 die auftretenden
Spannungsänderungen über eine zweite Röhre 23 mit Reihenwiderstand 24 und Kupplungskondensator
25 auf eine Kippanordnung, z. B. ein Gasentladungsrelais 26, d. h. eine Kippanordnung,
die nur bei bestimmten einstellbaren Spannungsamplituden anspricht. Die Kippanordnung
hat den weiteren Vorteil, daß die nachfolgende Relaisanordnung unabhängig von der
Zeitdauer des einfallendes Impulses betriebssicher ein Relais durchsteuert, das
z. B. einen Daueralarm auslöst. Vor allem hat jedoch gemäß der Erfindung die Kippanordnung
den Vorteil, daß ihr Ansprechpunkt einstellbar ausgebildet werden kann, so daß man
den Störpegel, der trotz der erfindungsgemäßen Maßnahmen verbleibt, unschädlich
zu machen vermag. Das Gasentladungsrelais
26 in Abb. 4 kann über
das Potentiometer 27 in Verbindung mit der Batterie 28 auf verschiedene Ansprechempfindlichkeiten
eingestellt werden. Das in Reihe liegende Relais 29 steuert über den Kontakt 30
eine Alarmlampe 31 oder hält die Maschine an. Mit dem Unterbrechungskontakt 32 kann
das Relais 29 wieder in Ruhelage gebracht werden. Die Widerstände 33, 34 und Kondensatoren
35 dienen zur Erzeugung einer definierten Gittervorspannung der Röhren 20 und 23.
Die Scheinwerferlampe 4 wird von der Batterie 36 gespeist.
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Selbstverständlich ist es ratsam, bei einer erfindungsgemäßen Lichtschranke
die an sich bekannten Erschütterungsdämpfungen, wie z. B. Gummiunterlagen u. dgl.,
zusätzlich anzuwenden. Dies gilt insbesondere für den Verstärker, dessen Bauelemente
man vorteilhaft etwa unter Verwendung von Halbleitern erschütterungsunempfindlich
ausbildet.
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An Stelle der Linsenoptik für Scheinwerfer und Lichtempfänger können
gemäß der Erfindung auch Hohlspiegel oder andere abbildende Mittel zur Anwendung
gelangen. Bei Verwendung von Spiegeln gilt deren optisch wirksamer Flächenrand als
Randlinie im Sinne der Erfindung.