DE102014118461B4 - Method for determining the parameters of a moving yarn or other linear textile structure in a textile machine and optical line sensor for carrying out this method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung von Parametern eines sich bewegenden Garns oder eines anderen linearen Textilgebildes in einer Textilmaschine mit Hilfe einer senkrechten Projektion des Garns auf einzelne optische Elemente (10) eines optischen Zeilensensors, der nebeneinander angeordnete einzelne optische Elemente (10) einer Rechteckform aufweist, die an ihrem Ausgang ein analoges Signal gewähren, das dem Grad deren Bestrahlung entspricht, wobei das Garn durch die Strahlung einer einzigen Strahlungsquelle mit einer sich zyklisch abwechselnden niedrigen Strahlungsintensität und einer hohen Strahlungsintensität bestrahlt wird, wobei in jedem Zyklus die analogen Signale von allen einzelnen optischen Elementen (10) mindestens bei der hohen Strahlungsintensität verfolgt und erfasst werden und von ihnen für jedes einzelne optische Element (10) das analoge Signal bei der niedrigen Strahlungsintensität entweder im Voraus oder in dem entsprechenden Zyklus abgezogen wird, wodurch das resultierende analoge Signal der einzelnen optischen Elemente (10) von allen parasitischen Einflüssen befreit wird und seine Größe nur von dem Bestrahlungsgrad von der Strahlungsquelle des optischen Sensors abhängig ist.Method for determining parameters of a moving yarn or other linear textile structure in a textile machine by means of a vertical projection of the yarn onto individual optical elements (10) of an optical line sensor having adjacently arranged individual optical elements (10) of rectangular shape which provide at their output an analog signal corresponding to the degree of their irradiation, wherein the yarn is irradiated by radiation from a single radiation source with a cyclically alternating low radiation intensity and a high radiation intensity, wherein in each cycle the analog signals from all individual optical elements (10) are tracked and recorded at least at the high radiation intensity and the analog signal at the low radiation intensity is subtracted from them for each individual optical element (10) either in advance or in the corresponding cycle, whereby the resulting analog signal from the individual optical elements (10) is freed from all parasitic influences and its size depends only on the degree of irradiation from the radiation source of the optical sensor.
Description
Bereich der TechnikArea of technology
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Parameter eines sich bewegenden Garns oder eines anderen linearen Textilgebildes in einer Textilmaschine mit Hilfe einer senkrechten Projektion des Garns auf einzelne optische Elemente eines optischen Zeilensensors, der eine oder zwei Reihen von einzelnen optischen Elementen einer Rechteckform aufweist, die an ihrem Ausgang ein analoges Signal gewähren, das dem Grad deren Bestrahlung entspricht.The invention relates to a method for determining the parameters of a moving yarn or other linear textile structure in a textile machine by means of a vertical projection of the yarn onto individual optical elements of an optical line sensor which has one or two rows of individual optical elements of a rectangular shape which provide at their output an analog signal which corresponds to the degree of their irradiation.
Die Erfindung betrifft ferner einen optischen Zeilensensor, der einen Sensor mit einer Vielzahl einzelner optischer Elemente aufweist, die in einer oder zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind, zur Ermittlung der Parameter eines sich bewegenden Garns oder eines anderen linearen Textilgebildes in einer Textilmaschine mit Hilfe einer senkrechten Projektion des Garns auf einzelne optische Elemente des Sensors mittels einer einzigen Strahlungsquelle.The invention further relates to an optical line sensor comprising a sensor with a plurality of individual optical elements arranged next to one another in one or two rows for determining the parameters of a moving yarn or other linear textile structure in a textile machine by means of a vertical projection of the yarn onto individual optical elements of the sensor by means of a single radiation source.
Stand der TechnikState of the art
Bekannte optische Sensoren zur Auswertung der Online-Garnqualität wiesen eine Strahlungsquelle und einen optischen Ein- oder Zweizeilen-CMOS-Sensor auf, zwischen denen sich das jeweilige Garn bewegt, dessen Schatten sich auf die optischen Elemente des Sensors projiziert.Known optical sensors for evaluating online yarn quality have a radiation source and an optical one- or two-line CMOS sensor, between which the respective yarn moves, the shadow of which is projected onto the optical elements of the sensor.
Als die Quelle der Lichtstrahlung verwendet man in der Regel eine Strahlung generierende Quelle im sichtbaren Spektrum oder auch in einem infraroten Spektrum oder in einem ultravioletten Spektrum. Die Quelle kann sowohl monochromatisch sein als auch aus dem Spektrum der monochromatischen Komponenten zusammengesetzt werden.As a rule, a source generating radiation in the visible spectrum or in the infrared or ultraviolet spectrum is used as the source of light radiation. The source can be either monochromatic or composed of the spectrum of monochromatic components.
Den Einfluss der parasitischen Strahlungsquellen kann man durch geeignete Konstruktionsanordnung der Messzone auf solche Weise minimieren, damit die parasitische Strahlung auf den jeweiligen Sensor nicht durchdringt. Zur vollkommenen Unterdrückung des Einflusses der parasitischen Quellen wäre es jedoch notwendig, die jeweilige Messzone vollkommen abzuschließen, was im Falle eines Universalsensors, der die Garnqualität misst, problematisch ist. Die weitere Möglichkeit der Unterdrückung des Einflusses der parasitischen Quellen besteht in der Verwendung der Quelle zur Garnbeleuchtung mit einer hohen Intensität der Ausstrahlung. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch in einem hohen Energieverbrauch solcher Quelle und einem hohen Wärmeverlust. Ferner ist es möglich, z.B. optische Filter zu verwenden, die nur das erforderliche Strahlungsspektrum durchlassen und anderes unterdrücken.The influence of parasitic radiation sources can be minimized by appropriate design of the measuring zone in such a way that the parasitic radiation does not penetrate the respective sensor. However, to completely suppress the influence of parasitic sources, it would be necessary to completely close off the respective measuring zone, which is problematic in the case of a universal sensor that measures yarn quality. Another way to suppress the influence of parasitic sources is to use a source for yarn illumination with a high radiation intensity. The disadvantage of this method, however, is the high energy consumption of such a source and high heat loss. It is also possible to use, for example, optical filters that only allow the required radiation spectrum to pass through and suppress others.
Jedes optische Element des CMOS-Sensors generiert die elektrische Ladung, die der Energie der fallenden Strahlen entspricht. Die Größe der generierten elektrischen Ladung hängt von der Empfindlichkeit des optischen Elementes, der fallenden Lichtenergie und von der Zeit der Bestrahlung des optischen Elementes ab. Die fallende Energie auf den Sensor und also auch die Messung des Sensors sind jedoch von den parasitischen Strahlungsquellen beeinflusst (z.B. Glühbirne, Sonnenlicht, blinkende Rundumleuchten usw.), die die Menge der fallenden Energie auf das optische Element beeinflussen und dadurch einen Fehler in die Messung eintragen. Der weitere parasitische Einfluss ist die Temperatur und sog. Rauschen des optischen Elementes. Der Nachteil der Technologie der optischen Sensoren besteht in der Tatsache, dass die Elektronen in den optischen Elementen nicht nur infolge des fallenden Lichtes (aus den Funktions- sowie parasitischen Strahlungsquellen), sondern auch in der Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, Größe des optischen Sensors, Sensorarchitektur und Produktionstechnologie entstehen. Obwohl der jeweilige Sensor ganz im Dunkel steht, generiert das optische Element ein Ausgangssignal, das infolge der Quantereignisse im Halbleiter generiert wird. Die positive Eigenschaft besteht darin, dass die parasitischen Ströme unter den jeweiligen Bedingungen immer gleich sind und dem Ausgangssignal additiv hinzugerechnet werden.Each optical element of the CMOS sensor generates an electric charge corresponding to the energy of the incident rays. The amount of the generated electric charge depends on the sensitivity of the optical element, the incident light energy and the time of irradiation of the optical element. However, the energy falling on the sensor and thus the sensor measurement are influenced by parasitic radiation sources (e.g. light bulbs, sunlight, flashing beacons, etc.), which affect the amount of energy falling on the optical element and thus introduce an error into the measurement. Another parasitic influence is the temperature and so-called noise of the optical element. The disadvantage of optical sensor technology is that electrons in the optical elements are created not only as a result of the incident light (from functional and parasitic radiation sources), but also depending on the ambient temperature, size of the optical sensor, sensor architecture and production technology. Although the sensor in question is completely dark, the optical element generates an output signal that is generated as a result of quantum events in the semiconductor. The positive property is that the parasitic currents are always the same under the respective conditions and are added additively to the output signal.
Die
In der
Aus der
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Verfahren zur Ermittlung der Parameter eines sich bewegenden Garns oder eines anderen linearen Textilgebildes in einem optischen Sensor zu entwickeln, bei dem das resultierende analoge Signal von allen parasitischen Einflüssen befreit wird und seine Größe nur von dem Bestrahlungsgrad von der Strahlungsquelle des optischen Sensors abhängig sein wird. Es ist ebenso auch ein optischer Zeilensensor zur Ausführung dieses Verfahrens zu bilden.The aim of the present invention is to develop the method for determining the parameters of a moving yarn or other linear textile structure in an optical sensor, in which the resulting analog signal will be freed from all parasitic influences and its magnitude will depend only on the degree of irradiation from the radiation source of the optical sensor. It is also to create an optical line sensor for carrying out this method.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the nature of the invention
Das Ziel der Erfindung wird durch das Verfahren zur Ermittlung der Parameter eines sich bewegenden Garns oder eines anderen linearen Textilgebildes erreicht, dessen Wesen darin besteht, dass das Garn mit der Strahlung mit einer sich zyklisch abwechselnden niedrigen Strahlungsintensität und hohen Strahlungsintensität bestrahlt wird, wobei in jedem Zyklus analoge Signale von allen einzelnen optischen Elementen mindestens bei der hohen Strahlungsintensität verfolgt und erfasst werden und von ihnen für jedes einzelne optische Element der Wert des analogen Signals bei einer niedrigen Intensität der jeweiligen Strahlung abgezogen wird, die entweder im Voraus oder im entsprechenden Zyklus ermittelt wird, wodurch das resultierende analoge Signal von den parasitischen Einflüssen befreit wird und seine Größe nur von dem Bestrahlungsgrad von der Strahlungsquelle des optischen Sensors abhängig ist. Dadurch erreicht man auf eine energetisch nicht anspruchsvolle Weise die Eliminierung aller parasitischen Einflüsse und das resultierende analoge Signal entspricht nur dem Bestrahlungsgrad, beziehungsweise der Beschattung durch das Garn oder ein anderes zu verfolgendes lineares Textilgebilde.The aim of the invention is achieved by a method for determining the parameters of a moving yarn or other linear textile structure, the essence of which is that the yarn is irradiated with radiation with a cyclically alternating low radiation intensity and high radiation intensity, in each cycle analog signals from all individual optical elements are tracked and recorded at least at the high radiation intensity, and from them for each individual optical element the value of the analog signal at a low intensity of the respective radiation is subtracted, which is determined either in advance or in the corresponding cycle, whereby the resulting analog signal is freed from parasitic influences and its size depends only on the degree of irradiation from the radiation source of the optical sensor. In this way, all parasitic influences are eliminated in an energetically undemanding manner and the resulting analog signal corresponds only to the degree of irradiation or shading by the yarn or other linear textile structure to be tracked.
Die Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht man, wenn bei der Strahlung mit einer niedrigen Strahlungsintensität die Strahlungsquelle des optischen Sensors eine Nullstrahlung ausstrahlt. Die Strahlungsquelle strahlt oder strahlt nicht in diesem Fall, was man einfach regeln und ohne die Notwendigkeit der Einstellung unterschiedlicher Strahlungsintensität der jeweiligen Quelle verfolgen kann.The simplification of the method according to the invention is achieved if, in the case of radiation with a low radiation intensity, the radiation source of the optical sensor emits zero radiation. In this case, the radiation source radiates or does not radiate, which can be easily regulated and monitored without the need to set different radiation intensities of the respective sources.
Zum Vergleich der analogen Signale aus den hintereinander folgenden Messungen ist es vorteilhaft, wenn die analogen Signale aus einzelnen optischen Elementen in den identisch langen Intervallen verfolgt werden. To compare the analog signals from consecutive measurements, it is advantageous if the analog signals from individual optical elements are tracked at identically long intervals.
Zugleich ist es vorteilhaft, wenn die analogen Signale von einzelnen optischen Elementen bei der niedrigen Strahlungsintensität in den identisch langen Intervallen verfolgt werden, wobei soweit in den identisch langen Intervallen sowohl analoge Signale bei einer hohen Strahlungsintensität als auch analoge Signale bei einer niedrigen Strahlungsintensität verfolgt werden, vereinfacht es ihren gegenseitigen Abzug.At the same time, it is advantageous if the analog signals of individual optical elements are tracked at low radiation intensity in the identically long intervals, whereby as long as both analog signals at a high radiation intensity and analog signals at a low radiation intensity are tracked in the identically long intervals, it simplifies their mutual subtraction.
Zur Vereinfachung der Auswertung weist die sich zyklisch abwechselnde niedrige und hohe Strahlungsintensität der Quelle des optischen Sensors solche Frequenz auf, die dem ungeteilten Vielfachen der Auswertungsfrequenz des optischen Zeilensensors gleich ist.To simplify the evaluation, the cyclically alternating low and high radiation intensity of the source of the optical sensor has a frequency that is equal to the undivided multiple of the evaluation frequency of the optical line sensor.
Die Strahlungsintensität der Strahlungsquelle ändert sich durch die Stromgröße, der in die jeweilige Strahlungsquelle zugeführt wird. Im Falle der Nullstrahlungsintensität wird der Strom in die Strahlungsquelle nicht zugeführt.The radiation intensity of the radiation source changes due to the amount of current supplied to the respective radiation source. In the case of zero radiation intensity, no current is supplied to the radiation source.
Aus der Sicht des Preises ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle durch eine LED-Diode gebildet wird.From a price point of view, it is advantageous if the radiation source is formed by an LED diode.
Das Wesen des optischen Zeilensensors zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Strahlungsquelle für zyklische Bestrahlung der einzelnen optischen Elemente des Sensors durch die Strahlung mit einer hohen Strahlungsintensität und Strahlung mit einer niedrigen Strahlungsintensität und den Unterschied der analogen Signale der einzelnen optischen Elemente auswertende Analogschaltungen mit der Quelle der Steuersignale verkoppelt sind, die gegenseitig zeitlich synchronisiert werden. Zur zeitlichen Synchronisierung ist es vorteilhaft, wenn die Längen der Intervalle bei einer niedrigen und hohen Strahlungsintensität identisch lang sind und die Zeitpunkte der Abtastung mit der Auswertungsfrequenz des optischen Zeilensensors synchronisiert werden.The nature of the optical line sensor for carrying out the method according to the invention consists in the fact that the radiation source for cyclic irradiation of the individual optical elements of the sensor by radiation with a high radiation intensity and radiation with a low radiation intensity and analog circuits evaluating the difference between the analog signals of the individual optical elements are coupled to the source of the control signals, which are mutually synchronized in time. For temporal synchronization, it is advantageous if the lengths of the intervals at a low and high radiation intensity are identical and the times of scanning are synchronized with the evaluation frequency of the optical line sensor.
Die Vereinfachung der Konstruktion und die Erhöhung der Zuverlässigkeit des optischen Zeilensensors erreicht man dann, wenn mindestens die Quelle der Steuersignale, die Analogschaltungen, die den Unterschied der analogen Signale von einzelnen optischen Elementen auswerten, und einzelne optische Elemente des jeweiligen Sensors auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat angeordnet sind.The simplification of the design and the increase in the reliability of the optical line sensor are achieved when at least the source of the control signals, the analog circuits that evaluate the difference between the analog signals from individual optical elements, and individual optical elements of the respective sensor are arranged on a common semiconductor substrate.
Erläuterung der ZeichnungenExplanation of the drawings
Zur Erläuterung der Erfindung werden die Zeichnungen verwendet, wo es zeigen:
-
1 graphische Darstellung des Bestrahlungsgrades des einzelnen optischen Elementes des jeweiligen Sensors, -
2 Schaltungszeichnung, die erfindungsgemäß arbeitet und -
3a Zeitverlauf der Strahlung der Strahlungsquelle, Verfolgung der analogen Werte der optischen Elemente und Datenverarbeitung aus den optischen Elementen mit einer kontinuierlichen Verfolgung des analogen Signals bei einer niedrigen Strahlungsintensität und -
3b Zeitverlauf der Strahlung der Strahlungsquelle, Verfolgung der analogen Werte der optischen Elemente und Datenverarbeitung aus den optischen Elementen mit dem im Voraus abgetasteten analogen Wert bei einer niedrigen Strahlungsintensität.
-
1 graphical representation of the irradiance of the individual optical element of the respective sensor, -
2 Circuit drawing that works according to the invention and -
3a Time course of the radiation of the radiation source, tracking of the analog values of the optical elements and data processing from the optical elements with a continuous tracking of the analog signal at a low radiation intensity and -
3b Time course of the radiation from the radiation source, tracking the analog values of the optical elements and processing data from the optical elements with the pre-sampled analog value at a low radiation intensity.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Optische Sensoren zur Online-Ermittlung der Parameter eines sich bewegenden Garnsoder eines anderen linearen Textilgebildes auf einer Textilmaschine, die das jeweilige Garn oder ein anderes lineares Textilmaterial erzeugt oder verarbeitet, weisen eine Strahlungsquelle und einen optischen Ein- oder Zweizeilensensor, gewöhnlich einen CMOS-Sensor, auf. Das Garn oder andere lineare Textilgebilde bewegen sich im Strahlungsfluss zwischen der Strahlungsquelle und dem optischen Sensor, auf den sich das senkrechte Garnbild projiziert.Optical sensors for online determination of the parameters of a moving yarn or other linear textile structure on a textile machine that produces or processes the respective yarn or other linear textile material have a radiation source and a one- or two-line optical sensor, usually a CMOS sensor. The yarn or other linear textile structure moves in the radiation flux between the radiation source and the optical sensor, onto which the vertical yarn image is projected.
Einzelne optische Elemente 10 des Sensors gewähren an ihrem Ausgang ein analoges Signal, das dem Grad deren Bestrahlung entspricht. Auf
Der Wert M ist der maximale Wert, den das optische Element 10 an seinem Ausgang in der Sättigung gewähren kann, also bei der Bestrahlung durch eine sehr starke Lichtquelle.The value M is the maximum value that the
Ft ist der parasitische Wert, den das optische Element 10 an dessen Ausgang gewährt, das durch die Lichtquelle des Sensors nicht bestrahlt wird, und zwar bei einer niedrigen der Null gleichen Strahlungsintensität. Dieser parasitische Wert entspricht der Summe von allen parasitischen Einflüssen, also parasitischen Strahlungsquellen und parasitischen Einflüssen, die von der Temperatur des Sensors in der Umgebung des optischen Elementes 10, der Größe des optischen Elementes 10, Sensorarchitektur und der Produktionstechnologie abhängen.Ft is the parasitic value provided by the
Soweit die niedrige Strahlungsintensität nicht Null ist, wird der Wert Ft um diejenige Energie erhöht, die durch diese Strahlung mit einer niedrigen Intensität hervorgerufen wird.As long as the low intensity radiation is not zero, the value Ft is increased by the energy caused by this low intensity radiation.
Fs ist der Wert, den das optische Element 10 an dessen Ausgang gewährt, das von der Lichtquelle bei einer hohen Strahlungsintensität bestrahlt wird und in sich auch einen parasitischen Wert Ft beinhaltet.Fs is the value provided by the
Fr ist der resultierende Wert des analogen Signals nach dem Abzug von allen parasitischen Einflüssen.
Damit es möglich ist, die oben genannten Werte auf diese Weise zu verarbeiten, müssen diese aus jedem optischen Element 10 für das identisch lange Intervall gewonnen werden. Dazu verwendet man die Strahlungsquelle mit einer sich zyklisch abwechselnden niedrigen Strahlungsintensität und hohen Strahlungsintensität, die das jeweilige Garn bestrahlt, wobei die Frequenz der Zyklen der Strahlungsquelle höher oder mindestens gleich wie die Auswertungsfrequenz des jeweiligen Sensors ist. Das zyklische Abwechseln der Strahlung mit einer niedrigen Intensität und Strahlung mit einer hohen Intensität sind auf
Wie es auf
Wie es auf
In der genannten Lösung werden die analogen Werte bei allen optischen Elementen 10 ohne Rücksicht darauf abgetastet und gespeichert, ob das jeweilige optische Element 10 von dem Garn unbeschattet oder teilweise oder vollkommen beschattet ist.In the solution mentioned, the analog values are sampled and stored for all
Damit die jeweiligen Ergebnisse richtig sind, ist es notwendig, dass beide Intervalle, während deren die gespeicherten Signale gebildet werden, identisch sind und damit die Anfänge der Messung und die Zeitpunkte der Speicherung der Werte in die Speicherzellen 310, 320 richtig zeitlich abgestimmt und synchronisiert werden. Deshalb ist auf demselben Halbleitersubstrat auch die Quelle 40 der Steuersignale gebildet. Die Quelle 40 der Steuersignale generiert das Signal zur Steuerung der Intensität der Strahlungsquelle, abstimmt die Anfänge der Messungen, bestimmt die Zeit der Integration der elektrischen Ladung und Enden der Messung der einzelnen analogen Werte, synchronisiert die Wertspeicherung in Speicherzellen 310, 320 und Ausführung der Berechnung.In order for the respective results to be correct, it is necessary that both intervals during which the stored signals are formed are identical and that the start of the measurement and the time of storing the values in the
In solchen Fällen, wann die Intervalle, in denen es zur Integration der elektrischen Ladung kommt, unterschiedlich sind, sind die gewonnenen Werte im Verhältnis der Längen der jeweiligen Intervalle umzurechnen.In cases where the intervals in which the integration of the electric charge occurs are different, the values obtained must be converted in proportion to the lengths of the respective intervals.
In der Speicherzelle 310 ist der Wert Fs für die Zeit T der Strahlung der Quelle gespeichert und in der Speicherzelle 320 ist der parasitische Wert Ft für die Zeit T bei einer ausgeschalteten Quelle gespeichert, also bei einer Null-Strahlungsintensität. Hinter dem Differenzglied 50 ist der resultierende analoge Wert Fr.The
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
- MM
- maximaler Wert der Bestrahlung des optischen Elementesmaximum value of irradiation of the optical element
- FtFt
- parasitischer Wert der Bestrahlung des optischen Elementesparasitic value of the irradiation of the optical element
- FsFs
- Gesamtwert der Bestrahlung des optischen ElementesTotal irradiation value of the optical element
- FrFri
- resultierender Wert der Bestrahlung des optischen Elementesresulting value of the irradiation of the optical element
- FpFp
- digitalisiertes Signaldigitized signal
- TT
- Zeit der QuellenstrahlungTime of source radiation
- 11
- Anfang der Strahlung mit einer hohen IntensitätBeginning of radiation with a high intensity
- 22
- Anfang der Messung des optischen ElementesStart of measurement of the optical element
- 33
- Ende der Messung des optischen Elementes und Speicherung des Wertes für hohe IntensitätEnd of measurement of the optical element and storage of the high intensity value
- 44
- Ende der Messung des optischen Elementes und Speicherung des Wertes für niedrige IntensitätEnd of measurement of the optical element and storage of the low intensity value
- 55
- Datenverarbeitung aus dem optischen ElementData processing from the optical element
- 66
- Ende der Strahlung mit einer hohen IntensitätEnd of radiation with a high intensity
- 1010
- optisches Element des Sensorsoptical element of the sensor
- 2020
- LadungsverstärkerCharge amplifier
- 310310
- Speicherzelle für FsMemory cell for Fs
- 320320
- Speicherzelle für FtStorage cell for Ft
- 4040
- Quelle des SteuersignalsSource of the control signal
- 5050
- DifferenzgliedDifferential element
- 6060
- analog-digitaler Umwandleranalog-digital converter
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