专利名称：对线或纱进行光学分析、包含两维光学分析的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照主权利要求介绍的对线或纱进行光学分析的装置。具体说，本发明涉及一种装置，用于监控线或纱的计数变化及可能存在的外来物体，及用于分析线或纱的外形。
背景技术：
用于监控线或纱的方法和装置是众所周知的，它们使用各种技术，例如电容的或光学的压电传感器。
压电传感器，例如在EP 0117571中说明的压电传感器，使用例如压电陶瓷与纺织陶瓷的组合，或其他单元，与线或纱接触，向压电陶瓷发送在所述单元上滑过的纱的粗糙度引起的振动。该技术的主要优点，是在与纺织陶瓷接触中，对污点或纱残留物的存在，几乎绝对不灵敏，纱自身会自动清洁与陶瓷接触的点。
但是，该技术存在的主要缺点，是在线或纱和与压电陶瓷组合的纺织陶瓷之间，绝对需要物理接触；这种接触会妨碍对纱的监控，例如这种监控在监控时不能与纱碰触，避免不必要的摩擦或磨损，这种摩擦能撕裂线，或修改被控制的特征，如张力。
另一个缺点，是对与非常强裂的振动或噪声类似的线在它滑动状态条件下，压电陶瓷的灵敏度，将在万一纱断裂时，妨碍装置产生使纺织机暂停的信号。
相反，电容传感器装置测量的是所述传感器的电容变化，该电容变化是传感器电介质，包括实际被监控的纱的变化引起的。通过测量所述电介质中的变化，能够测量线的运动状态、可能的计数变化、等等。这种技术的优点是，即使不直接接触纱，也能监控它，污点或纱残留物的存在，对所述传感器的测量电容只有微小影响。
但是，这些装置的主要缺点是不能监控导电的线或纱，诸如铜或钢线，或其中有碳纤维的那些线，同样不能监控湿润的纱，或被水蘸湿或用抗静电或导电油处理过的纱。这是因为导电的线或纱或有水的纱，将使电介质短路，从而使这些装置不能对纱进行测量和监控。
此外，电容性装置对电场或静电放电灵敏度高，容易对运动的线环境出现错误测量，这常常妨碍电容性装置的正确操作。
相反，光学传感器装置，例如见EP 0519281中说明的光学传感器装置，一般使用光发射器和接收器，要监控的线或纱放在它们之间。
该技术的主要优点，是能监控任何类型的线或纱，不论是否导电，与线或纱没有任何接触。
该技术的缺点，主要是它对污点的形成，及对被监控的纱留在接收器和/或发射器上残留物的灵敏度。
发明内容
本发明的一个目的，是提供一种光学传感器装置，它能给出上述三种不同技术的所有主要优点，即监控任何类型的线或纱，不论是否导电；如有需要，可以与线或纱没有任何接触；对污点或纱残留物的形成不灵敏；对导电的油或更为简单的水的存在不灵敏；对振动、噪声源、电场等等不灵敏。
另一个目的，是提供已说明类型的装置，它有简单和经济的结构。
另一个目的，是提供已说明类型的装置，它的形式和人机工程学，使它能用于纺织机部门或其他部门的任何场合，例如，监控生产铜的线圈、电机绕组、或油变压器的机器。
另一个目的，是提供已说明类型的装置，它在它自身内部还结合了用于引导线的必需的线导器功能。
另一个目的，是提供已说明类型的光学装置，其中对纱的外形和/或位置图像中的变化敏感的面积，尽可能地大，远大于使用的光敏单元的敏感面积尺寸，从而能以极大灵活性满足任何线或纱的监控应用。
再一个目的，是提供已说明类型的装置，它是密封的，并能在非常严酷的应用环境下不出问题地工作。
再一个目的，是提供一种能对被监控的线进行两维分析的装置。
对本领域专门人员显而易见的这些及还有的目的，是根据附于后面的权利要求书的装置获得的。
本发明可从附图看得更清楚，附图是以非限制性例子方式给出的，其中有图1示意画出本发明的一种装置，表明当施加照明以直接读出位置和/或图像中的变化时，发射器和接收器单元的空间位置；图2表示本发明装置不同的实施例，表明当施加照明，通过反射读出位置和/或图像中的变化时，发射器和接收器单元的空间位置；图3是按照本发明实施例的装置的分解透视图；图4是已组装的图3装置的前透视图；图5是已组装的图3组装的后透视图；和图6画出图1装置的电路简图。
具体实施例方式
现在参考所述图，按照本发明构造的装置，自始至终以1表示，它包括两个彼此成一定角度放置的红外光发射单元3和4，和接收器单元5，接收器单元可以是光电二极管、光电晶体管、PSD、等等。发射器单元3和4最好向着接收器单元中心取向。
装置1还包括对红外光透明的装置6，例如由锆形成的纺织陶瓷构成，该装置6还起线导器的作用。送至纺织机(未画出)的线F，在装置6内运动，要监控的是线F的运动，以便线断裂时使所述机器暂停，防止机器继续生产必然是不完善且必须报废的产品(由被传送的多根线形成)。
光透明装置充当线导器的同时，还防止污点或粉末沉积在接收器5上并改变它的可操作性。这些装置还通过受控方式增大入射这些装置的光束，使照射在线F上的发射器单元3和4发射的光，产生增大的每一入射的阴影锥，从而增加接收器单元5的可操作性。
与单元3、4和5相连的电路100，包括微处理器单元101(图3)。电路100属众所周知的类型。
这里假设，光发射器单元3和4是同时启动的这样对线F的断面，导致形成两个分开的阴影锥10和11，这两个阴影锥入射接收器单元5上。于是按熟知的方式，产生与线的断面成正比的电信号。
现在假定，线在光透明装置6内运动，并在接收器单元5敏感面积的内侧滑动，或在保持它的位置的同时，改变它的断面(一般通常总会出现，因为无论如何完善的线或纱，它在它的每一点上仍然有差别)这种滑动或断面的变化，以熟知的方式，在位置和/或入射接收器单元5的阴影锥10和11形状中，产生变化，导致由此产生的电信号的变化。该信号公知是被监控纱的图像和/或位置变化的函数。
由于存在多于一个的光发射器单元3、4，所以在接收器单元5上获得非常大的图像敏感面积，能与该敏感面积内线F的位置无关地实现线或纱的容易并可靠的监控，因为无论在什么位置，线F平卧在光透明装置6内，纱总是被至少单元3和4之一发出的光照射，因此，单元5连续地感测它的存在(通过它的阴影或被所述单元5感测的光反射)。
光透明装置6还能使线被包含在该敏感面积内，并在必要时引进该敏感面积。该单元除对IR光透明外，还是耐磨材料，从而适合在必要时保持与线接触，不致损坏。应当指出，这些装置或者总与线F接触，或者当线F被从适当的支座(线轴)解开，送至纺织机时，通常与线F分开，这里术语“通常”是指，在传送过程中，能出现纯粹偶然的瞬间接触。
线与所述装置6之间的接触，也导致自然和自动清洁所述装置，因此如上所述，可使装置1对污点或纱残留物的形成不敏感由于光透明装置被纱的滑动清洁，所以这些污点或纱残留物不能积累。
在一种变化的形式中，代替同时启动，光发射器单元3和4可以交替地工作，以便没有一个阴影锥(例如由发射器单元4产生的锥10)被不工作的发射器单元(在本例中是发射器单元3)提供的照明缩小时，获得读出信号。这样能使装置1甚至获得更良好的性能，特别是如果装置1不是简单地用于分析纱F的运动状态，而还要用于其他目的，例如分析和测量纱的计数或断面。
另外，参考图2(其中与图1相同的部件用相同的参考数字表示)，装置1可以使用两个接收器单元3和4，装置1的发射的光，在穿过包含并引导纱的透明装置6之后，照射被监控的线或纱F，又被向着接收器单元5反射(由箭头13和14表示)。于是，后者由于所述光的入射，产生与反射的光量成正比的电信号。
再次指出，在这种情形中，光透明装置6既可以同时启动，也可以交替启动。
在一种简化的模式中，装置1可以只使用一个光发射器3或4，或在图2发射器单元3和4的相反位置，使用反射单元(反射镜类型)，在图1和2建议的方案之间获得混合的配置。
在又一个更复杂的变化形式中，发射器单元在数量上可以多于两个，例如四个或更多，以进一步增加接收器单元5的敏感面积。
图3、4、或5画出按照本发明教导的装置1的可能实施例。在这些图中，与已经说明的图中部件对应的部件，用相同的参考数字表示。
这些图画出的红外光发射器单元3和4，例如是KINGBRIGHT型，编号K3010F3C，而光透明装置6，例如是氧化铝、锆、蓝宝石，或合成陶瓷，该光透明装置6还充当线导器；在更为经济的形式中，这些装置6可以是尼龙、聚碳酸酯、或其他类型的简单的塑料，或者是玻璃。
光透明装置6包括体20，在本例中，体20是敞口环的形式。体20包括相对的边缘21和22，其中设有凹槽24，用于接纳从部分27凸出的挂耳26，该部分27用于支承装置1外壳30的部件28和29。这些部件一个扣在另一个上(见图4和5)，在它们之间夹持着单元3、4、5、和与这些单元连接的电路。
部件28和29顺着相对的边缘31和32装配在一起，该两边缘最好按一定方式形成(按有凸出部分和对应凹槽的熟知方式)，以便相互陷入并能把部件固定在一起。也可以提供诸如螺丝之类(未画出)的固定装置，或者可以沿边缘31和32位置用胶或用超声焊接实施永久的连接。
托着单元3、4、5、和电路40的基本上平的支承板33，位于部件28和29之间。当把支承板和部件固定在一起时，该支承板由所述部件夹持。
部件28、29和支承板33有敞口部分(分别是28A、29A、33A)，与光透明装置6体20中的开口35对应。在各图中，这些敞口部分和所述开口28A、29A、33A、和35，有基本上圆的形状在一侧敞开，它们在该侧定义一通路37，以便线F插入开口35，便于监控。
但体20可以有不同形状或尺寸；代替有利于线F插入的敞口环形状，如在图3的例子所示，如果需要包含从线轴解开的纱的旋转运动(膨胀)，或如果纱要在绞合或螺旋缠绕过程中监控，也可以用闭合环的形状。
图3画出接收器单元5，它可以是由著名企业HAMAMATSU生产的位置传感器PSD，编码是No.7105-05。图上还画出两个LED 43和44(例如是红色的和绿色的)，分别用于指示故障或“全部就绪”。这些LED位于支座33的臂45和46上，从支座33的主要部分33A伸出，所在位置与外壳30部件28中的窗47和48对应，部件28如同部件29，最好如支座33相对于所述臂那样形成。
在与LED 43对应的位置，放置IR光发射器，例如是SUNLED编码No.ZTNI54W型，而光电晶体管接收器51，例如是SUNLED编码No.ZRMI54W型，放在与LED 44对应的位置；这一对发射器和接收器形成光学键或屏障，它如果被遮挡，例如由于操作员食指的插入，瞬间把装置关断。该屏障的另一次遮挡，再把装置接通。该光学键可以有利地用于报警信号，或通信地址码的验收信号等等的复位。
最后，图3画出馈电连接器55，用于向及从装置1输入和输出信号；例如，这些信号可以分别用于装置1与馈送线F进入纺织机的电子控制电路之间的串行通信；如果出现诸如纱断裂事故，或万一诸如计数变化(例如，因为绳结、缠结、或外来纤维)事故；或再有，在绞合或当两根纱通过把一根绕在另一根上(类似螺旋形)结合时，如果因两个或多个走线架上测量的绞合线数不同于设定的参数，导致出现计数变化，发出所述纺织机的停止信号。
这些功能可以由装置1通过它的电路100及单元101启动，单元101可以通过连接器55与纺织机的电子控制电路连接。
电路100按如下方式形成及工作。
现在参考图6，按照本发明形成的装置的电路图，在本例中包括光学位置传感器110，由熟知的PSD电路标识。它被用来截取直接的(图1)或反射的(图2)图像，该图像包含发射器单元3和4发射的被调制的红外光，发射器单元3和4以光电二极管表示。这些二极管被偏置电阻111和112限定的偏置电流偏置。
微处理器单元(或简单地就是微控制器)120通过它的门113与电阻111连接。当系统在待机或低功耗条件下，该单元或微控制器120能够降低通过二极管3的电流值。
当受监控的线或纱图像的红外光入射PSD传感器110时，它根据红外光图像(纱的外形)入射PSD光学传感器的位置，在它的输出端(光电二极管的阳极)产生两个电流。
这些电流使电阻124和125极化，极化的电阻在电阻两端产生电势差，在传感器110的输出122和123上发送电压信号VA和VB。
两级放大器电路126接收信号VA和VB，该两级放大器电路126由运算放大器127和128，及包括电阻与电容130、131、132、133、134、135、136、和137等相对偏置网络组成。电路126给出从电阻140和141及从滤波器电容142获得的参考信号；该电路的安排能形成差分放大器，能放大已经说明的电阻124和125两端给出的电势差，即从传感器110发出的信号VA和VB。
电路126产生从该两级放大器发出的适当的放大信号，并被引向单元120的门150和151。这些被放大的信号，例如等于1000，分别是所述两级差分放大器输入上感测的图像变化电平的100倍，在装置中产生加倍的控制比例。
出现在微控制器120的门150和151上被放大的信号，按熟知的方式，被形成所述单元120一部分的ADC单元，从模拟信号转换为数字信号。
所述转换能使先前被放大的信号，转换为数值信号，该数值信号是受监控纱的图像的函数；借助处理算法，它们能表示，图像变化的值在电平和频率方面是否等于或大于已编程的最小参考值。
如果图像变化的电平和频率值，在超过可编程“报警时间”值一段异常的时间中，小于已编程的参考值，那么产生报警信号，从该单元或微控制器120的门150发出。该信号被送至保护/报警模块149。
来自所述门153的信号，通过偏置电阻160和161，作用在输出晶体管162，使该晶体管触发的(电流)报警信号，出现在连接器的(STOP)输入163上。
电阻165被用作分流电阻，使晶体管162的工作电流能被测量，该电阻两端的电压降，是该晶体管产生的电流的函数。
该电压降被单元120通过门168测量，门168经过去耦电阻170与电阻165连接。这样可以保护装置1的STOP输出免于短路；在这个方面，万一出现超过规定最大值的高电流的情况，单元120使晶体管162消激活来保护它。
与晶体管162并联的二极管170，也在所述晶体管162的集电极和发射极之间，起抵抗电压反转的保护作用。
通过各自与单元120相应输出175和176连接的偏置电阻171和172，LED 43和44能指示装置1出现的异常；绿色光的LED 43发光，指示“全部就绪”，而红色光的LED 44发光，指示被截接的纱中出现异常。这些LED 43和44和它们有关的电阻，形成装置1的异常感测模块180。
装置1可与编程/通信单元连接，以便对与图像变化电平极限和相对报警时间有关的参数编程，这些参数如果被超过，将引起装置触发STOP输出和红色报警LED。
所述通信通过单元120适当的输入和适当的输出发生，单元120分别通过输入去耦电阻185和输出缓冲器186与连接器55连接。
图上还画出功率电路190，它由熟知的L-C低通滤波器191和192、对抗馈送极性反转的保护二极管193、和稳压器电路196和197形成。第一稳压器有相对偏置元件200和201及滤波器202，其值预先确定稳压器196稳定的输出电压，该电压以VCC5标识，且一般固定在5V。第二稳压器197，从属于3.3V的第二功率级，包括由电容206和207构成的抗干扰滤波器。
图上同时画出功率复位电路209，它包括通过电阻211连接到单元120的门213的稳压器210，借助该复位电路209，使单元120获得正确的数据控制，并在万一网络异常或中断时用于数据保存。
最后，电路100包括光电二极管发射器49(被电阻230偏置，并被单元120通过门231导频)和有相对偏置电阻232的光电晶体管接收器51；如前所述，这些元件形成光学键遮挡屏障，其活动状态能被单元通过读取门113的相对输入读出。该光学键能用作例如本发明的纱监控装置的RESET键。
权利要求
1.一种对送至纺织机的线或纱(F)进行光学分析的装置，所述装置包括至少一个光发射器单元(3、4)和至少一个接收器单元(5)，所述发射器单元(3、4)产生光信号，该光信号在被接收器单元(5)感测之前，入射到所述线(F)上，该接收器单元(5)根据该感测，定义该线(F)的特征，诸如它的运动或它的停止、尺寸缺陷或另一种尺寸特征，本装置的特征在于包括在所述光发射器单元(3、4)和所述接收器单元(5)之间，插入光透明装置(6)，光信号在已经与线(F)相互作用之后，照射在该光透明装置(6)上，且该光透明装置(6)还起线导器的作用。
2.按照权利要求1的装置，特征在于，该光发射器单元(3、4)在数量上至少是两个，并按一定方向取向，使线(F)总被它们中至少一个发射的光入射。
3.按照权利要求1的装置，特征在于，所述光透明装置(6)与线(F)接触。
4.按照权利要求1的装置，特征在于，在线(F)被送至纺织机时，所述光透明装置(6)通常与线(F)分开并与线(F)远离。
5.按照权利要求1的装置，特征在于，所述光透明装置(6)是陶瓷材料的。
6.按照权利要求1的装置，特征在于，所述陶瓷材料至少包含如下材料之一氧化铝、锆、蓝宝石、和玻璃。
7.按照权利要求1的装置，特征在于，所述光透明装置(6)是诸如尼龙、聚碳酸酯之类的塑料材料的。
8.按照权利要求1的装置，特征在于，所述光透明装置(6)包括至少部分环形的体(20)，受监控的线(F)位于该体的开口(35)内，所述体(20)由装置外壳(30)支承，装置外壳(30)的形状，要能至少部分地绕光透明装置(6)的所述体(20)的所述开口(35)平卧。
9.按照权利要求8的装置，特征在于，它的外壳(30)包括结合在一起的两个部件(28、29)，该两部件把光透明装置(6)的体(20)夹持在它们之间。
10.按照权利要求9的装置，特征在于，它的外壳(30)的部件(28、29)，给出能装配在一起的相对的边缘(31、32)，在所述部件(28、29)内放置提供该至少一个光发射器单元(3、4)及接收器单元(5)的电路(100)，接收器单元(5)与微处理器单元(120)连接，该微处理器单元被安排按照预定的算法，根据接收器单元(5)接收的光信号，评估线(F)的每个受监控的特征。
11.按照权利要求9的装置，特征在于，它的外壳(30)的部件(28、29)和支座(33)，提供从主要部件伸出并部分地定义光透明装置的体(30)的臂。
12.按照权利要求11的装置，特征在于，这些臂是彼此相对的，并在装置(1)的外壳(30)中定义一通路(37)。
13.按照权利要求12的装置，特征在于，在相对的臂上放置光发射器单元(49)和接收器单元(51)，用作光学屏障，被安排当被阻挡时，改变装置(1)的运行状态。
14.按照权利要求12的装置，特征在于，在所述相对的臂至少之一上，放置指向接收器单元(5)的光发射器单元(3、4)。
全文摘要
一种对送至纺织机的线或纱(F)进行光学分析，包括两维光学分析的装置，所述装置包括至少一个光发射器单元(3、4)和至少一个接收器单元(5)，所述发射器单元(3、4)产生光信号，在该光信号入射所述线(F)之前，被接收器单元(5)感测，该接收器单元(5)根据该感测，定义该线(F)的特征，诸如它的运动或它的停止、尺寸缺陷或另一种尺寸特征，在所述光发射器单元(3、4)和所述接收器单元(5)之间，插入光透明装置(6)，光信号在已经与线(F)相互作用之后，照射在该光透明装置(6)上，且该光透明装置(6)还起线导器的作用。
文档编号D01H13/16GK1918449SQ200580004958
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月27日 优先权日2004年2月16日
发明者蒂齐亚诺·巴里亚 申请人:蒂齐亚诺·巴里亚