專利名稱：光電紗線傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的喂紗裝置，并涉及一
種如權利要求16前序部分所述的光電紗線傳感器。
背景技術：
WO 00/48934 A的喂紗裝置的光電紗線傳感器具有作為光源的LED 或激光二極管，激光二極管，即所謂的VCSEL (垂直腔面發射激光器)， 其可以產生直對著儲紗體的反射紗線掃描區的窄錐形光束。該光束在掃 描區上產生十分圓的光斑，即環狀且小的光斑。該掃描區是回射的，即 以和光射到該光掃描區相同的方向反射光。該反射紗線掃描區沿該儲紗 體的圓周方向凸起彎曲，從而使得當光斑被反射到接收器時大致散布到 縱向或橢圓形光帶中。光斑在由該儲紗體外圍所攜帶的紗線繞組的軸向 上散布。上述公開提到一種在光路上設置透鏡或孔隙的實施方式，即在 發光二極管作為光源以在反射紗線掃描區獲得光斑盡可能小且清晰的光 斑的情況下。由于來自集中小光斑的反射光通過凸起的反射紗線掃描區 沿儲紗體的圓周方向僅被散布少許的事實，需要相對高的精度來適當地 定位及對齊光源和接收器。不可避免的制造及裝配公差破壞了接收器的 讀取質量，并在一 系列配備了理論上相同的紗線傳感器的喂紗裝置中造 成嚴重的掃描波動。
本發明的任務是提供一種喂紗裝置和一種上述的光電紗線傳感器， 改善了光電紗線傳感器的接收器的讀取質量，并且其比現有技術中的裝 置更不易于有制造及裝配公差。
發明內容
本發明的目的通過權利要求1的特征或者通過權利要求16的特征來實現。
光路中提供的透明擴展體驚人地改進了接收器的讀取質量，并更好 地補償了不可避免的制造及裝配公差。而且，紗線傳感器的運行對出現 在固定安裝的光源/接收器組合與儲紗體上的反射紗線掃描區之間的不 可避免的相對運動一點都不每丈感。
假設該改進由于下述事實而產生透明擴展體已經將由來自光源的 光束所產生的擴展體上的基本上線性地在儲紗體的圓周方向上的小光斑 散布成在反射紗線掃描區上的相對長且清晰的光帶，光帶的縱軸基本上 平行于該儲紗體上所攜帶的紗線繞組軸。光帶上的光集中度高并從而導 致反射到接收器上的光的高集中度。接著接收器接收透明擴展體重新傳 送到接收器的被集中的光，并且因此，可靠地響應該反射光，而不管制 造及裝配公差，也不管儲紗體的不可避免的相對運動。紗線繞組一到達 反射紗線掃描區的光帶的位置，任何來自該光帶的反射就急劇中斷，以 便于接收器可靠地響應在全光照與陰影狀況之間最終形成的高度調制。 來自接收器的輸出信號很強，因此不需要顯著放大。該透明實心擴展體 已將小且集中的光斑散布到遠離反射紗線掃描區的清晰的光帶中，從而 使得該光帶在反射紗線掃描區上相對狹窄但相對長。反射光由透明擴展 體采集并被再次轉換成十分圓，例如環狀的反射光斑，光從反射光斑到 達接收器。掃描區上的光帶越長，反射光可以被接收器評價及處理的越 好。
提供明顯的透明擴展體允許改進紗線傳感器性能以獲得合理成本。 該紗線傳感器不僅可實施在喂紗裝置中，而且可用于利用光反射操作的
其它紗線掃描應用操:作中。
該透明擴展體優選被構造成使其沿紗線傳感器的光軸的兩個光方向 進行類似操作。從掃描區上的縱向光帶反射的大量光由透明擴展體采集， 并轉換成十分圓的光束，該光束被導向光源/接收器組合的位置以激勵接 收器。所采集的反射光從光斑發射，該光斑基本上是圓或環狀，且具有 確保接收器可靠地被反射光射到而不管制造及裝配公差的尺寸。
在有利的實施方式中，光源是激光光源，用于發射稍微呈錐形圓和/或環狀的激光光束，優選紅外光。由于激光光源是強光束以及相對低的 功耗，因此尤其有優勢。
特別有利的是采用垂直腔面發射激光二極管(VCSEL )作為激光光源。 VCSEL可成本合理地用于不同規格，具有長久的使用壽命，并且能經受住 喂紗裝置中惡劣的操作條件而不出現問題。
可替換地，光源可以是發光二極管，優選發射稍微呈錐形的紅外光束。
已經證明，由于反射對象傳感器包含光源(紅外發光二極管或VCSEL ) 和接收器(NPN硅光電晶體管)，例如根據平面安裝技術，二者并排布置 在易于安裝在印制電路板上的緊湊塑料殼體中的平行軸上，因此來自USA 的Texas 75006的0PTEK技術公司的可利用的所謂"發射對象二極管"， 型號為OPB 609、 OPB 609V，優選實施于喂紗裝置中。用透明擴展體結合 這些反射對象傳感器類型致使尤其在喂紗裝置中的紗線傳感器獲得最優 性能。光源和接收器之間的距離優選小于1. 0腿。
有利地，透明擴展體布置在光源/接收器組合與掃描區之間的大約中 央位置。這種布置確保在兩個光方向下具有類似的光學條件。尤其是， 透明擴展體與反射掃描區之間的距離導致放大效果，從而使在透明擴展 體的退出側上由光源所產生的光斑形成的清晰的光線將在掃描區形成相 對長且界線分明的光帶。
有利地，透明擴展體由具有最優光學特性的塑料材料注模形成。替 代地，透明擴展體亦可由玻璃制成。透明擴展體的表面部分不用于接收 或發射光，可用吸光或其它類型的覆膜覆蓋。
在一種簡單的實施方式中，透明擴展體是實心圓柱體，該圓柱體軸
垂直于儲紗體軸并平行于儲紗體外圍的切線。簡單的實心圓柱體總是將 圓光斑轉換成沿一個方向的線性光線或光帶，并采集反射光以及將所采 集的反射光轉換成十分圓的光斑和界線分明的光束發送到接收器中。
如果透明擴展體是實心的，且具有兩個直接相對且分隔開的凸起圓 柱體表面區域，這兩個表面區域具有至少實質上相同的曲率半徑和直平 行母線，則該紗線傳感器可獲得更好的性能。在這種情況下，曲率半徑等于或大于沿紗線傳感器的光軸的兩表面區域之間的最大距離。成形為 每個圓柱體表面區域的曲率半徑大于沿光軸的表面區域之間的距離的 "被擠壓的，，圓柱體處理沿兩個方向的光，從而使得光在一定程度上被 很好地聚焦。
在另 一種有利的實施方式中，反射掃描表面由插入到儲紗體外圍的 反射器組成，或者由儲紗體外圍本身組成，例如，在后一種情況下，通 過在儲紗體外圍提供鏡面區域實現。有利地，定位所插入的反射器，從
而使當紗線繞組在儲紗體外圍被向前傳送時，其外周表面被紗線繞組掃 過。這實現了期望的自清潔效果。
隨著在光源/接收器組合與反射掃描區之間的不可避免的相對運動 出現，主要沿儲紗體圓周方向，該相對運動可能導致光從平面掃描區反 射時出現振蕩，所述掃描區優選沿儲紗體的圓周方向凸起彎曲，且具有 基本上平行于儲紗體軸的直母線。反射掃描區的凸起曲率優選地類似于 儲紗體外圍的曲率。
為了改進該反射掃描區的反射特性，在另一種實施方式中，反射掃 描區是回射的。回射意味著大量的光以與其射到掃描區相同的方向反射。
將借助于附圖對本發明的實施例進行描述。在附圖中 圖1是配備了兩個光電紗線傳感器的喂紗裝置的側面示意圖； 圖2是沿儲紗體的圓周方向看見的紗線傳感器的部分作了剖面圖的 側面示意圖3是儲紗體軸向上的紗線傳感器的視圖4是類似于圖2的視圖，示出了從光源發射出的光的光路；
圖5是紗線傳感器的光軸方向上的反射掃描區的視圖6是儲紗體軸向上的紗線傳感器的視圖，示出了圖4和5的光路；
圖7儲紗體軸向上的紗線傳感器的視圖，示出了反射光的光路，以
及
圖8是用于圖1到7的實施方式中的光源/接收器組合的平面示意圖。
具體實施例方式
圖1中的喂紗裝置F,例如織機的喂綿紗裝置或者針織機的喂針織紗 裝置，包括殼體l,該殼體l包含電動馬達2和鼓狀儲儲紗體3。儲儲紗 體3可旋轉地支撐于未示出的驅動軸上，然而，被共同協作的磁體3，所 阻礙以隨驅動軸(固定儲儲紗鼓)旋轉。在一種未示出的可替換方式中， 該喂紗裝置可替代地配備可旋轉的儲紗體。驅動軸驅動巻繞元件4，巻繞 元件4將從左側插入到喂紗裝置F中的紗線Y巻繞到儲紗體3的外圍上 的鄰近繞組上。接著紗線從儲紗體3上的最前面的繞組中退繞，并任選 地軸向通過退出孔6。所述殼體具有殼體支架5，在所示出的實施方式中， 其中兩個光電紗線傳感器S固定安裝，所述兩個光電紗線傳感器S從外 部直對著反射掃描區12,所述反射掃描區12例如由儲紗體3中插入的反 射器M組成。紗線傳感器S與電動馬達2的控制單元C信號傳送連接。 控制單元C例如依賴來自紗線傳感器S的信號以加速、減速或停止電動 馬達，執行對電動馬達2的控制，也就是驅動巻繞元件4，從而使得在儲 紗體外圍存在預定數量的繞組供使用。儲紗體上的預定數量的繞組或紗 線倉庫尺寸由紗線傳感器S按照傳統方式進行掃描。
每個紗線傳感器S包括至少一個光源E和一個接收器R。光源E發射 稍微呈錐形的光束到反射器M上；接收器R接收來自反射器M的反射光。 所述發射的光束例如在反射器M上產生光帶，當紗線繞組正經過時光帶 被遮蔽。接收器R響應光帶的遮蔽或出現，并產生分別代表紗線繞組存 在或不存在或通過的控制信號。
例如圖1示出的位于左側的紗線傳感器S可掃描儲紗體3上的紗線 倉庫的最前邊緣位置。圖1中位于右側的紗線傳感器S可掃描紗線倉庫 的最大尺寸或者每個退繞的紗線繞組的經過。所述喂紗裝置可僅配備單 個的紗線傳感器，或者配備多于兩個的紗線傳感器。相同類型的另外的 紗線傳感器可用于^r測紗線斷頭率。紗線傳感器S甚至可安裝于退繞孔6 的區域中。
光源E或者是發光二極管(優選紅外光)，或者是激光光源L,優選VCSEL (垂直腔面發射激光器)。接收器R是光電二極管或光電晶體管。 尤其有用的是來自USA的Texas 75006的0PTEK技術/>司的可用的所謂 "反射對象傳感器"，產品類型為OPB 609、 OPB 609V。這種反射對象傳 感器在圖8中示出，且是一光源/接收器組合8，所述光源/接收器組合8 由作為IR發射器的紅外發光二極管或VCSEL和NPN硅光電晶體管24構 成，所述IR發射器和所述NPN硅光電晶體管24并排安裝在塑料殼體22 中的平行軸上。殼體22的外周尺寸是f-大約3. 2mm， e-大約2. 7mm，這 意味著光源E和接收器R之間的距離小于1. Omm。
每個紗線傳感器S的部分是透明擴展體B，所述透明擴展體B由具有 最佳光學特性的塑料材料或玻璃制成。有利地，該透明擴展體是注模形 成的塑料部件。該透明擴展體B安裝在紗線傳感器S的光路或光軸中光 源/接收器組合8與反射器M之間的大約中央位置處，也就是該透明擴展 體B從光源/接收器組合8以及也從儲紗體3的反射掃描區12分隔開(紗 線通過間隙)。光源/接收器組合8例如安裝在殼體支架5中的印制電路 板7上。透明擴展體B也可例如通過固定元件10和墊片11的方式安裝 在電路板7上。為了便于安裝透明擴展體B,擴展體B與裝配用懸架9 整體成型。
在一種未示出的實施方式中，透明擴展體B可以是真正的實心圓柱 體并利用圓柱體軸安裝在紗線傳感器的光軸中，從而使得圓柱體軸垂直 于儲紗體軸并平行于儲紗體外圍上的切線。
在圖2到7示出的實施方式中，然而，透明擴展體B是"被擠壓的" 圓柱體形狀，具有直接相對的凸起圓柱表面區域13、 14, 二者具有實質 上相同的曲率半徑X和直母線，所述直母線延伸垂直于儲紗體軸并平行 于儲紗體外圍的切線。曲率半徑X等于或大于(如圖所示)兩個表面區 域13、 14之間的最大直徑距離。因此，透明擴展體B沿紗線傳感器S的 光軸方向的厚度大約與曲率半徑X相同，甚至小于。
反射紗線掃描區12是常規的，即或者由儲紗體外圍上的鏡面組成， 或者由示出的插入反射器M組成。掃描區12中的外表面優選與鄰近的儲 紗體3外圍齊平，從而使紗線繞組掃過該表面以保持其清潔。不用于透光的透明擴展體B的表面部分可像圖3所示的表面15 —樣進行覆膜或涂 層。
光源E發射稍微呈錐形(大約20°)的光束16 (圖4 ),該光束射到 表面區域13并產生圓形或環狀光斑17。透明擴展體B例如通過其幾何形 狀進行構造，從而使其將光斑17沿圓柱體軸向散布在下表面區域14上 以及形成(圖6)軸向光線17，，光束如19所示從所述軸向光線17，繼 續前進并射到掃描區12。在掃描區12中，產生縱向清晰的光帶18(圖5)， 光帶18的縱向延伸比光斑17的尺寸大得多。光帶18的縱軸沿圓周方向 延伸，即實質上平行于每個紗線繞組軸，所述繞組在喂紗裝置運行期間 在反射紗線掃描區12上沿箭頭25的方向被傳送。光帶18的縱向延伸L 例如可與透明擴展體B的長度一樣長，甚至更長。
圖3表明在光源/接收器組合8中，光源E和接收器R布置成彼此接 近。二者都面向透明擴展體B。
反射紗線掃描區12優選沿儲紗體3的圓周方向凸起地彎曲，優選具 有與儲紗體外圍相同的半徑XI。為了抑制由不可避免的相對運動導致的 反射光中的振蕩(圖7)，掃描區12的彎曲是有利的，所述不可避免的相 對運動在喂紗裝置的運行中發生在儲紗體3與殼體支架5之間。反射掃 描區12可進行拋光處理或是鏡面，甚至可制成回射。回射意味著光沿與 其射到反射掃描區12相同的方向進行反射。
圖7描述了光20是如何從光帶18反射回到透明擴展體B的，在此 光射到下圓柱體表面區域14上。透明擴展體B被構造成使透明擴展體B 采集反射光20并在上圓柱體表面區域13上形成光斑(圓形或環狀)，該 光斑類似于光斑17,但可略大一些。從該光斑處，反射光21被導向接收 器R的位置。換句話說，接收器R在透明擴展體B的上圓柱體表面區域 13上會發現清楚的圓形或環狀光斑或光圈。
紗線傳感器S配置成響應反射光20、 21，即在紗線繞組不在光帶18 的位置處時或者在紗線繞組出現在光帶18的位置處時，或者當繞組正經 過時輸出信號。
透明擴展體B不必必須為圖2到7所示出的形狀。可替代地，可使用任意具有上述特性的透明擴展體B,例如棱鏡狀透明體等。
由于透明擴展體B在反射紗線掃描區12上產生界線分明且相對長的 光帶18，并且由于反射光被可靠地帶回到接收器R中，因此在光源/接收 器組合8、透明擴展體B和反射紗線掃描區12之間的幾何關系或光鏈路 中的不可避免的制造及裝配公差不會破壞紗線傳感器的掃描特性或性 能。
此外，由于反射掃描區12上界線分明且長的光帶18以及透明擴展 體B可靠地將反射光恰當地重新傳送到接收器中的特性，在全光照條件 和陰影條件(當紗線繞組遮蔽光帶18時)之間獲得高度調制，這意味著 即使在光路中出現一些像棉絨一樣的污染物，也會獲得強輸出信號。所 述強輸出信號不需要顯著放大措施。透明擴展體B是像VCSEL —樣的成 本合理的組件，這意味著該紗線傳感器制造成本合理，可靠且具有長久 的使用壽命。
甚至為了改善紗線傳感器的性能可以對已經實施的光電傳感器進行 改進。
在另 一未示出的，li殳的實施方式中，為了獲得相同功能甚至更高性 能，可以沿著光路串聯地安裝不止一個擴展體。
權利要求
1.喂紗裝置(F)，包括殼體(1)以及至少一個固定到儲紗體(3)的殼體外部的光電紗線傳感器(S)，該殼體包含電動馬達(2)、電動馬達控制裝置(C)，所述電動馬達用于在儲紗體(3)與卷繞元件(4)之間產生相對旋轉，該卷繞元件用于在儲紗體(3)外圍的紗線繞組上進行連續卷繞，所述紗線傳感器(S)具有至少一種光源(E)和物理地緊密鄰接于光源(E)的接收器(R)的組合，所述光源將狹窄光束從外部直射到反射儲紗體紗線繞組掃描區(12)上，所述接收器(R)至少用所述馬達控制裝置(C)的信號來響應從所述掃描區(12)反射的光(20，21)，其特征在于，至少一個透明光學擴展體(B)布置在光源/接收器組合與反射掃描區(12)之間的光路中，并且構造所述透明擴展體(B)成使其將由光束(16)在透明擴展體(B)上產生的十分圓的光斑(17)散布到掃描區(12)上的清晰的縱向光帶(18)中，掃描區(12)上的光帶(18)沿其縱軸的延伸(L)比透明擴展體(B)上的光斑(17)的延伸大得多，以及透明擴展體(B)布置成使得儲紗體(3)的反射掃描區(12)上的光帶(18)的縱軸基本上平行于所述儲紗體外圍上攜帶的紗線(Y)的繞組的軸。
2. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 被構造成使得從反射掃描區(12)上的光帶(18)中隨機反射的大量光(20)在所述透明擴展體(B)中轉換成十分圓的光束(21),該圓的光 束被發射回到所述光源/接收器組合的位置上。
3. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，光源(E )是激光光源， 用于發射稍微呈錐形的圓或環狀激光光束(16)，優選紅外光。
4. 根據權利要求3的喂紗裝置，其特征在于，所述激光光源是VCSEL。
5. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述光源(E)是發光 二極管，用于發射稍微呈錐形的光束(16),優選紅外光。
6. 根據前述至少一個權利要求所述的喂紗裝置，其特征在于，所述 光源/接收器組合是電子模塊(8 ),所述電子模塊(8 )由作為IR發射器(E)的紅外發光二極管或者垂直腔面發射激光器(VCSEL)以及作為IR 接收器(R)的光電晶體管(24)構成，二者都并排安裝在殼體(22)中 的平行軸上，彼此之間距離小于1. 0腿。
7. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 布置在光源/接收器組合與掃描區(12)之間的大約中間位置。
8. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 由具有最佳光學特性的塑料材料注模形成，例如聚碳酸酯，像Gr i lamid 。
9. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 由具有最佳光學特性的玻璃材料組成，例如石英，像熔融石英。
10. 根據權利要求I的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 是實心圓柱體，所述圓柱體軸垂直于所述儲紗體軸且平行于所述儲紗體 外圍的切線。
11. 根據權利要求l的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 是實心的，且具有兩個直接相對且分隔開的凸起圓柱體表面區域(13、 14),所述兩個表面區域具有至少基本上相同的曲率半徑(x)和直平行 母線，所述曲率半徑(x)等于或大于兩個表面區域(13， 14)之間的最 大距離。
12. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述透明擴展體(B) 具有至少一個集成的裝配用懸架(9)。
13. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述反射掃描區(12) 由插入到所述儲紗體外圍中的反射器(M)組成或者由所述儲紗體本身組 成。
14. 根據權利要求13的喂紗裝置，其特征在于，所述反射掃描表面 (12)沿所述儲紗體(3)的圓周方向凸起彎曲，并具有基本上平行于所述儲紗體軸的直母線。
15. 根據權利要求1的喂紗裝置，其特征在于，所述反射掃描區是回 射的。
16. 用于紗線處理裝置的光電傳感器，尤其用于喂紗裝置(F),所述 紗線傳感器(S)包括光源(E)和接收器(R)的組合，所述接收器(R)位于與所述光源(E)緊密相關處，所述光源(E)沿光路將狹窄光束(16) 直射到分隔開的反射紗線掃描區(12)上，所述接收器(R)通過信號響 應從所述反射紗線掃描區(12)反射的光(21),其特征在于，實心透明 光學擴展體(B)布置在所述光源/接收器組合的光路中，并且所述透明 擴展體(B)被構造成使其至少將由光束(16)在透明擴展體(B)上產 生的十分圓的光斑(17)散布到掃描區(12)上的清晰的縱向光帶(18) 中，光帶(18 )沿其縱軸的延伸(L )大于透明擴展體(B )上的光斑(l7 ) 的延伸，以及透明擴展體(B)被布置成使得在所述反射掃描區(12)上 產生的光帶(18 )的縱軸基本上平行于所述儲紗體外圍上攜帶的紗線(Y ) 繞組的軸。
17. 根據權利要求16的光電紗線傳感器，其特征在于，所述光源/接 收器組合是電子模塊(8),所述電子模塊(8)由作為IR發射器的紅外 發光二極管或者垂直腔面發射激光器(VCSEL)以及作為IR接收器的光 電晶體管(24)構成，二者并排安裝在塑料殼體(22)中的平行軸上， 二者之間具有小于1. Omm的距離。
18. 根據權利要求16的光電紗線傳感器，其特征在于，所述透明擴 展體(B)具有兩個直接相對且分隔開的凸起圓柱體表面區域(13, 14), 所述兩表面區域(13， 14)基本上具有相同的曲率半徑(x)和直平行母 線，并且所述曲率半徑(x)等于或大于兩個表面區域(13， 14)之間的 最大距離。
全文摘要
一種喂紗裝置F包括至少一個光電紗線傳感器S，該光電紗線傳感器S具有光源E和物理地緊鄰的接收器R的至少一種組合。在所述光源/接收器組合與喂紗裝置的儲紗體上的反射掃描區12之間的光路中，提供了透明光學擴展體B，透明光學擴展體B將十分圓的光斑17散布到反射紗線掃描區12中的縱向光帶上，所述透明擴展體B布置成使得所述光帶的縱軸基本上平行于所述儲紗體外圍攜帶的紗線Y繞組的軸。
文檔編號D03D47/36GK101563489SQ200780041777
公開日2009年10月21日 申請日期2007年10月9日 優先權日2006年11月10日
發明者耶克爾·赫爾斯特倫 申請人:Iro有限公司