專利名稱：用于產(chǎn)生放大的測量體以基于激光多普勒測速法來確定紡織纖維的結(jié)構(gòu)和/或纏繞速度 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的方法以及一種如權(quán)利要求
IO前序部分所述的裝置(arrangement)。根據(jù)DE 103 42 383 Al ，這些類型 的方法和裝置是公知的。它們用于無接觸地確定通過紡織機(jī)(特別是紡紗機(jī)或 繞線機(jī))的線程(thread run)而運(yùn)行的線的結(jié)構(gòu)和/或速度。該方法將主要用 于紡織機(jī)的線軸點(diǎn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代紡織機(jī)的線軸點(diǎn)(例如用于產(chǎn)生交叉線軸)配備有用于測量正在運(yùn)行 的線的速度和長度的器件。對線質(zhì)量不斷增加的要求導(dǎo)致不僅要在選擇的線 軸位置、而且要在 沿著線的每個(gè)點(diǎn)監(jiān)測線結(jié)構(gòu)參數(shù)(例如線直徑)。監(jiān)測線直 徑時(shí)，對于所需線直徑的偏離是否應(yīng)分類為線誤差的評估通常也包括偏離的 長度。因此對準(zhǔn)確誤差長度的定義是監(jiān)測線質(zhì)量的基本要素。
測量正在運(yùn)行的線的速度的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械測量方法與測量輪一起工作。但 是，隨著松弛(slack)現(xiàn)象的出現(xiàn)，在線與測量輪表面之間會(huì)產(chǎn)生摩擦。除 了因松弛而產(chǎn)生的測量不準(zhǔn)確之外，脆弱的線還可能由于摩擦而遭受不利的 質(zhì)量損害。為了避免像這樣的不利情況，紡織業(yè)通常采用無接觸測量方法。
DE 42 25 842 Al公開了一種測量繞線機(jī)上紡織線速度的器件，其中該繞 線機(jī)根據(jù)所謂的關(guān)聯(lián)測量過程來運(yùn)行。按照這種方法，通過運(yùn)行-時(shí)間關(guān)聯(lián)器 來評估線運(yùn)動(dòng)方向上以固定距離設(shè)定為一個(gè)跟著另一個(gè)的兩個(gè)傳感器得到 的測量數(shù)值，以確定線的速度。兩個(gè)傳感器的運(yùn)行不需要接觸線，例如能夠 基于光學(xué)或電容性基礎(chǔ)來使用。
此外，有一種實(shí)施方案是激光多普勒測速法(下面稱為LDA)，用于無接 觸地測量速度。LDA的基本原理是基于對運(yùn)動(dòng)散射粒子中多普勒頻移(光頻 的位移)的間接測量。這種方法是基于激光測量技術(shù)的點(diǎn)定向無接觸光學(xué)方法。由于多普勒效應(yīng)，發(fā)生頻移，頻移取決于發(fā)射器與接收器相對彼此運(yùn)動(dòng) 的相對速度。測定這種頻移，就能夠通過固定的接收器確定運(yùn)動(dòng)體的速度。
在LDA技術(shù)中存在雙重多普勒效應(yīng)。因?yàn)橹丿B(superimposition)造成 的兩種多普勒頻率的拍差(beat)與粒子速度成正比。因?yàn)檫@種正比關(guān)系， 測量過程不需要校準(zhǔn)，這是LDA技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。
基本上有兩種互不相同的LDA方法， 一種是參考光束方法，另一種是 雙光束方法，后一種方法已經(jīng)在業(yè)內(nèi)獲得承認(rèn)。兩種方法都基于多普勒效應(yīng)。
參考光束LDA方法利用參考光束和散射光束，后者又稱為測量光束或 主光束。該方法中，沒有頻移的參考波與因?yàn)槎嗥绽招?yīng)而頻移的對應(yīng)散射 光束的反射散射光重疊。在目前的實(shí)施方案中，為了獲得良好的信噪比，參 考光束方法趨于顯示參考光束的強(qiáng)度與通常從表面反射的散射光束的強(qiáng)度 彼此相差的比為5:95。
在當(dāng)前實(shí)施方法中，雙光束LDA方法利用激光光束，該激光光束通過 分束器分成強(qiáng)度相同的兩個(gè)平行子光束。然后這些子光束通過透鏡(特別是通 過會(huì)聚透鏡)聚焦。通過這種方式，兩個(gè)子光束在聚焦水平上重疊。交叉形成 測量體(measurement volume)，其中通過測量散射光來確定粒子速度。散 射光通過光電檢測器的協(xié)助被圖像透鏡記錄下來，并且通過適當(dāng)?shù)碾娮酉到y(tǒng) 來測評。在最簡單的情況下，圖像透鏡由簡單的聚焦透鏡構(gòu)成。根據(jù)結(jié)構(gòu)， 透鏡可配置有孔和空間濾波器，孔用于分開兩個(gè)子光束。
EP 0 838 695 Al公開了測量纏繞速度的雙光束LDA方法，其中通過凱 斯特勒棱鏡(換而言之， 一種用放在一起的兩個(gè)子棱鏡制成的棱鏡)將激光光 束分為兩個(gè)子光束，這兩個(gè)子光束穿過將要被測量的物體。運(yùn)動(dòng)物體是平面 物體，其表面受兩個(gè)子光束的完全撞擊，大部分子光束被反射，因此通過光 學(xué)傳感器檢測反射的激光，從而測評反射的激光。
但是，采用LDA傳感器來測量線的速度和/或長度有特殊要求。與測量 比激光光束橫截面更大的運(yùn)動(dòng)表面的速度不同，對所謂測量體的測量(在測量 時(shí)待測量的線處在運(yùn)行中)必須足夠大，以保證因?yàn)槔@線過程造成的不規(guī)則 (例如正在運(yùn)行的線上的起伏、凸起、凸出的細(xì)絲)不會(huì)導(dǎo)致信號故障。期望 值為針對直徑至少2mm的測量體。
由于在前面DE 103 42 383 Al公開的示例性LDA方法中必需聚焦光學(xué)元件，所以前面可實(shí)現(xiàn)的測量體的最大直徑只能是幾個(gè)10,。這樣小的測 量體的不利之處在于，正在被檢測的線常常脫離測量體，從而導(dǎo)致測量過程 中的不穩(wěn)定性。
為了用直徑3mm、波長650nm的激光光束通過DE 103 42 383 Al公開 的前述示例性LDA方法實(shí)現(xiàn)期望的2mm測量體的最小直徑，需要焦距29m 的會(huì)聚(convergent)透鏡，這對于紡織機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)下面的方 程式計(jì)算測量體中的光束半徑ws，其中采用高斯光束原理。這里，Wl^是未 聚焦激光光束的半徑，n是折射系數(shù)，f是聚焦透鏡的焦距-
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DE 196 48 713 Al公開的方法用于光學(xué)地確定圓柱體的直徑，該方法基 于平面相位多普勒測速計(jì)進(jìn)行。為了在兩個(gè)激光光束的交叉點(diǎn)獲得更大的測 量體，在激光光束的路徑上通過兩個(gè)會(huì)聚透鏡將分光器產(chǎn)生的兩個(gè)激光光束 相比于原始光束的直徑放大。雖然通過這樣將激光直徑加寬，測量體應(yīng)當(dāng)放 大以保證圓柱體的直徑在毫米范圍內(nèi)可測量，但是這里還是需要會(huì)聚透鏡來 使得兩個(gè)放大的部分激光光束交叉。
因此，盡管光束直徑如上所述被放大，會(huì)聚透鏡的出現(xiàn)也會(huì)再次導(dǎo)致可 獲取的實(shí)際測量體不被期望地減少。在DE 196 48 713 Al中通過平面相位多 普勒測速計(jì)僅僅無接觸地確定圓柱體的直徑，而不是其速度，除了這個(gè)事實(shí) 之外，該方法或者對應(yīng)的器件還有一個(gè)缺點(diǎn)為了先放大激光光束的直徑再 獲得重新聚焦的激光光束，需要若干光學(xué)元件的配置很昂貴。具體而言，需 要兩個(gè)傳感器來記錄在測量物體上散射的光線，此外，為了獲得兩個(gè)傳感器 所需的頻率不同的激光光束，對激光光束進(jìn)行分光需要旋轉(zhuǎn)光柵，光束在該 旋轉(zhuǎn)光柵上彎曲。這種對機(jī)械移動(dòng)部件的要求非常不利，因?yàn)檫@種配置的壽 命相對有限，并且需要頻繁的維護(hù)工作。總之，這樣會(huì)導(dǎo)致這種配置制造、 銷售成本高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是低成本地形成易于使用的配置、如前述類型的相 對簡單構(gòu)造的器件，通過這種配置能夠有效獲得相對放大的測量體，因此能 夠特別可靠地測量線的速度。根據(jù)本發(fā)明，通過如權(quán)利要求1所述的方法以及如權(quán)利要求10所述的 器件或配置，能夠?qū)崿F(xiàn)上述任務(wù)。
根據(jù)各個(gè)從屬權(quán)利要求能夠獲得本發(fā)明的有利配置和其它改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的方案的基本要點(diǎn)是LDA方法實(shí)施作為參考光束方法，因
此光源產(chǎn)生的激光光束被分光和導(dǎo)向器件分為強(qiáng)度或亮度不同的參考光束 和散射光束，因此散射光束強(qiáng)度至少是參考光束強(qiáng)度的兩倍。此外根據(jù)本發(fā) 明的方案的要點(diǎn)是，光源產(chǎn)生的激光光束通過分光和導(dǎo)向器件被分光和導(dǎo)向 的方式是，兩個(gè)子光束在離開該器件后已經(jīng)朝向彼此定向，并且在線上交叉 以形成測量體。
主要優(yōu)點(diǎn)在于這樣一個(gè)事實(shí)不須使用會(huì)聚透鏡使兩個(gè)激光子光束相交
以產(chǎn)生測量體。通過這種方式，不僅構(gòu)造特別簡單，而且能夠避免DE 103 42 383 Al中必不可少的聚焦以及激光直徑對應(yīng)地減少。因此兩個(gè)子光束離開實(shí) 質(zhì)上未聚焦的分光和導(dǎo)向器件后能夠被導(dǎo)向線或朝向線定向，這非常有利。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的參考光束方法同時(shí)提供這樣的優(yōu)點(diǎn)接收的速度信號相當(dāng) 強(qiáng)，意味著對模擬加強(qiáng)技術(shù)能夠可觀地節(jié)約成本，這對于該方法在紡織機(jī)械 中的系列應(yīng)用是決定性的優(yōu)點(diǎn)。
此外根據(jù)本發(fā)明的方案的要點(diǎn)是，參考光束的橫向尺寸或直徑大于運(yùn)行 的線的橫向尺寸或直徑，其中，參考光束通過線的部分被導(dǎo)向設(shè)置為用于實(shí) 現(xiàn)激光多普勒測速法的光學(xué)傳感器器件。通過有利的手段，這樣也能夠?qū)崿F(xiàn) 放大的測量體。
此外根據(jù)本發(fā)明的方案的優(yōu)點(diǎn)是，不需要移動(dòng)元件，因此該配置不需要 很多空間，易于安裝，特別是能夠反復(fù)安裝在不同的線軸位置。這意味著能 夠簡單、廉價(jià)地對速度進(jìn)行特別可靠、穩(wěn)定的測量。
如果不通過聚焦就能將大部分參考光束和散射光束導(dǎo)向到線，而且光源 產(chǎn)生的激光光束還還能通過分光和導(dǎo)向器件而分光，這是特別有利的。這意 味著不需要對光束進(jìn)行任何主體減少(major reduction)就能夠獲得特別大的
如果光源產(chǎn)生的激光光束被分光和導(dǎo)向器件分光的方式是，散射光束的 強(qiáng)度是激光光束強(qiáng)度的至少80%，優(yōu)選為90%到95%，參考光束的強(qiáng)度是 激光光束強(qiáng)度的至多10%，優(yōu)選為4%到5。％，則參考光束方法特別有效。此外如果兩個(gè)子光束離開分光和導(dǎo)向器件時(shí)相互之間所形成角度在0.5
T:到30。C之間，優(yōu)選在3。C到l(TC之間，特別是4匸到5。C之間，那么是特 別有利的。這意味著兩個(gè)子光束能夠獲得特別大數(shù)值的交叉點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一變型，利用兩個(gè)鏡面將光束分光和導(dǎo)向，其中至少激 光光束到達(dá)的第一個(gè)鏡面為使光源產(chǎn)生的激光光束部分反射和部分通過的 部分透射鏡面。從而使至少一部分穿透的子光束在第二個(gè)完全或部分反射的 鏡面改變方向后從另一側(cè)再次通過部分透射第一個(gè)鏡面。
根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選設(shè)計(jì)的變型，可以通過楔形棱鏡將激光光束分光、 對準(zhǔn)為兩個(gè)子光束。這意味著本方法可用于極小的空間，并且能夠以特別穩(wěn) 定的方式使用。楔形棱鏡的前側(cè)可形成前述變型的第一個(gè)鏡面，而楔形棱鏡 的背側(cè)可形成前述變型的第二個(gè)鏡面。優(yōu)選建議以在背側(cè)沒有強(qiáng)度損失的方 式使用具有可完全反射背側(cè)的楔形棱鏡。通過楔形棱鏡，還可以在兩個(gè)可反 射表面之間引導(dǎo)激光光束往返多次。楔形棱鏡也特別有利，因?yàn)樗蓡纹M 成，所以不能具有任何內(nèi)部分光表面或單獨(dú)部分棱鏡的接觸表面，這再次使 結(jié)構(gòu)簡化，因此構(gòu)建更便宜。
根據(jù)本發(fā)明的另一變型，可利用至少兩個(gè)鏡面對光束進(jìn)行分光和導(dǎo)向， 其中至少激光光束到達(dá)的第一個(gè)鏡面為使光源產(chǎn)生的激光光束部分反射和 部分通過的部分透射鏡面。從而使至少一部分反射和/或穿透的子光束在第二 個(gè)至少部分反射的鏡面處改變方向，改變方向的方式是兩個(gè)子光束相交在一 起，而不是聚焦在測量體或線上。通過該變型，兩個(gè)子光束在首先通過第一 個(gè)鏡面后還可以相互平行運(yùn)行或者以一定的角度互相分開，但是因此，至少 一個(gè)子光束全部通過反射改變方向，改變方向的方式是兩個(gè)子光束交叉形成 測量體，而沒有聚焦在線上。
另一優(yōu)點(diǎn)是參考光束通過線的部分能夠直接被導(dǎo)入光學(xué)傳感器器件內(nèi) 而無須其它導(dǎo)向，所述光學(xué)傳感器器件被設(shè)置為用于實(shí)現(xiàn)激光多普勒測速 法，，因此允許以特別簡單的形式來實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式。
根據(jù)本發(fā)明的參考光束方法的具體優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)樯⑸涔馐母邚?qiáng)度， 所以能夠利用參考光束被僅僅一個(gè)單一 的光學(xué)傳感器器件檢測到的部分來 確定線的速度和直徑這兩者。利用前述方法，需要兩個(gè)不同的傳感器，這必 須承擔(dān)更大的花費(fèi)和更高的成本。散射光束不是該情況所必須。根據(jù)前述方法， 一種用于無接觸地確定運(yùn)行通過紡織機(jī)的線程的線的結(jié) 構(gòu)和/或速度的裝置，包括光源、分光和導(dǎo)向器件、以及光學(xué)傳感器器件。 該光源用于產(chǎn)生激光光束，激光光束通過分光和導(dǎo)向器件分為至少兩個(gè)子光 束，至少兩個(gè)子光束在線上能重新結(jié)合，并且因此被導(dǎo)向，根據(jù)激光多普勒 測速法，通過光學(xué)傳感器器件，從受線反射或影響的光線產(chǎn)生測量信號，測 量信號能加入測定單元用于確定運(yùn)行的線的結(jié)構(gòu)和/或速度。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的要點(diǎn)是，用于進(jìn)行激光多普勒測速法作為參考光束 方法的分光和導(dǎo)向器件配置的方式是，通過光源獲得的激光光束能夠以不同 的強(qiáng)度或亮度分為參考光束和散射光束，因此散射光束的強(qiáng)度是參考光束強(qiáng) 度的至少兩倍。此外重要的是，分光和導(dǎo)向器件配置的方式是，參考光束和 散射光束射出分光和導(dǎo)向器件所呈角度被定向?yàn)槌虮舜?，使得參考光束?散射光束在線上交叉。此外對于根據(jù)本發(fā)明的裝置，重要的是參考光束的橫 向尺寸大于運(yùn)行的線的橫向尺寸，其中參考光束通過線的部分被導(dǎo)向光學(xué)傳 感器器件。
用于根據(jù)本發(fā)明的裝置的兩個(gè)子光束能夠以有利的方式被導(dǎo)向到線而 不會(huì)聚焦也不需要會(huì)聚透鏡。但是當(dāng)然，用于記錄被線散射的光信號的光學(xué) 傳感器器件可包括接收器透鏡，特別是孔和/或會(huì)聚透鏡。此外，在分光和導(dǎo) 向器件前的光束路線中，為了以期望的測量和強(qiáng)度產(chǎn)生出射光束，準(zhǔn)直透鏡 可以與會(huì)聚透鏡一起設(shè)置。
最后，有利的是以這樣的方式來配備根據(jù)本發(fā)明的裝置(arrangement): 該裝置適于前述方法并能實(shí)現(xiàn)前述優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)裝置特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)形式，希望以這樣的方式配置光學(xué)分光和導(dǎo)向 器件至少在很大程度上不通過聚焦將光源產(chǎn)生的激光光束分光，并且至少 在很大程度上不通過聚焦將參考光束和散射光束導(dǎo)向或定向。這意味著不需 要對光束有任何主體減少就能夠獲得特別大的測量體。
此外，有利的是以這樣的方式配置光學(xué)分光和導(dǎo)向器件光源產(chǎn)生的激 光光束被分光的方式是，散射光束的強(qiáng)度是激光光束強(qiáng)度的至少80%，優(yōu)選 為90%到95%，參考光束的強(qiáng)度是激光光束強(qiáng)度的至多10%，優(yōu)選為4% 到5。％。這種方式中可接收的速度信號特別強(qiáng)烈，因此能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、廉價(jià) 的模擬加強(qiáng)技術(shù)。此外優(yōu)選以這樣的方式構(gòu)建分光和導(dǎo)向器件為了在兩個(gè)子光束的交叉 點(diǎn)獲得特別大的測量體，當(dāng)參考光束和散射光束離開分光和導(dǎo)向器件時(shí)相互
之間的角度在0.5'C至U 3(TC之間，優(yōu)選在3'C至lJ l(TC之間，特別是4。C到5 度之間。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)形式中，光學(xué)分光和導(dǎo)向器件由楔 形棱鏡形成，這使得有可能得到特別緊湊的結(jié)構(gòu)和簡單的組裝。楔形棱鏡的 背側(cè)以較小的角度朝激光光束首先撞擊的前側(cè)彎曲，因此整體結(jié)構(gòu)為楔形。 這意味著前側(cè)充當(dāng)部分透射反射表面，光源產(chǎn)生的激光光束在上面部分反 射，部分允許通過，而背側(cè)將通過前側(cè)的至少部分子光束反射。然后反射部 分從內(nèi)部再次通過可部分透射的前側(cè)，并射出楔形棱鏡，因此所獲得的光束 的彎曲在LDA方法必須的兩個(gè)子光束之間產(chǎn)生期望的角度。此外楔形棱鏡 有利的是，它沒有任何斷面或接觸表面，這導(dǎo)致特別簡單和廉價(jià)的構(gòu)造。
特別有利的是棱鏡背側(cè)可完全反射。這種方式中進(jìn)入棱鏡的子光束被背 側(cè)完全反射，沒有損失，因此利用根據(jù)本發(fā)明的參考光束方法，作為散射光 束，能夠獲得強(qiáng)度為光源產(chǎn)生的激光光束強(qiáng)度的大約90%的子光束。
特別地，當(dāng)用可完全反射背側(cè)實(shí)現(xiàn)楔形棱鏡時(shí)，進(jìn)入楔形棱鏡的激光光 束可以在棱鏡前側(cè)和背側(cè)之間反射來回若干次，因此射出可透射前側(cè)的光束 形成參考光束方法必須的兩個(gè)子光束。
對于根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種設(shè)計(jì)變型，建議分光和導(dǎo)向器件包括至少 兩個(gè)鏡面，其中至少激光光束首先到達(dá)的一個(gè)鏡面為能夠使激光光束部分透 射和部分反射的部分透射鏡面，因此至少一部分反射或通過的子光束能夠在 第二個(gè)至少部分反射的鏡面處改變方向，改變方向的方式是兩個(gè)子光束在測 量體處或者在線上相遇。此外，只要子光束不會(huì)聚焦并且不會(huì)導(dǎo)致子光束縮 小，就能夠使子光束再次改變方向。這里，這樣的配置也是可以的其中兩 個(gè)子光束在通過第一個(gè)鏡面后首先呈現(xiàn)為相互平行或者呈一定角度相互遠(yuǎn)
離，但是，此處應(yīng)以這樣的方式設(shè)計(jì)用于反射的附加非聚焦設(shè)備兩個(gè)子光
束在線上相交并形成測量體。第一個(gè)鏡面與其它用于反射的非聚焦設(shè)備一起 構(gòu)成分光和導(dǎo)向器件。
有利的是，參考光束通過線的部分能夠直接被導(dǎo)向光學(xué)傳感器器件，沒 有其它方向，因此有利于以特別簡單的形式來實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式。說明書第8/10頁
另外有利的是，參考光束受線影響的部分和/或通過線的部分僅僅通過一 個(gè)單一的光學(xué)傳感器器件記錄下來，記錄的方式是，這樣獲得的測量信號能 夠測定用于確定線的速度和直徑。
二極管激光器模塊特別適用于光源，因此優(yōu)選實(shí)施為VCSEL激光器或
者邊緣發(fā)射器。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)在下文中描述，并且在附圖所示的實(shí)施方式的 實(shí)例中描述。


圖1是用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的裝置的示意圖；以及 圖2是用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的替代性裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖所示的方法中，二極管激光器1實(shí)施為與準(zhǔn)直透鏡2相連接的光 源。光源產(chǎn)生的激光光束3以恒定的光束直徑指向楔形棱鏡4，楔形棱鏡4 實(shí)施為分光和導(dǎo)向器件。通過單片楔形棱鏡4，激光光束3根據(jù)下述方法分 為兩個(gè)子光束5a和5b，子光束5a和5b指向線8，線8沿著箭頭7的方向運(yùn) 行通過紡織機(jī)(未詳示)的線程位置6。這里，線程位置6是紡織機(jī)的線軸位 置。在關(guān)于紡織品紗或線8的與楔形棱鏡4相對的區(qū)域中有光電檢測器9和 接收器透鏡，光電檢測器9用作光傳感器器件，接收器透鏡具體可包括會(huì)聚 透鏡10和/或孔11。
如本方法的附圖中所示，由傾斜切削(slant-cut)的玻璃立方體形成的 楔形棱鏡4包括一個(gè)前側(cè)12和一個(gè)背側(cè)13，前側(cè)12可部分透射，背側(cè)13 可全反射并且與前側(cè)呈S角。通過反射和折射，兩個(gè)子光束5a和5b從楔形 棱鏡4的前側(cè)12以互成角度p射出，因此它們在線8的線程6的區(qū)域交叉。 的子光束5a和5b沒有例如通過會(huì)聚透鏡聚焦，結(jié)果在兩個(gè)子光束5a和5b 的交叉區(qū)域通過直徑約3mm的原始激光光束3得到直徑約2至3mm的很大 的測量體。利用這樣大的測量體，就能夠沒有任何問題地對正在運(yùn)行的線8 進(jìn)行導(dǎo)向，結(jié)果，即使在纏繞過程中出現(xiàn)不規(guī)則，也能夠在纏繞的線的質(zhì)量 監(jiān)測中可靠地記錄線的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)子光束5a和5b的激光光線在正在運(yùn)行的線8表面上的線程6處相 遇，被所述線8散射。因?yàn)榫€8的運(yùn)動(dòng)，所以在固定的二極管激光器l(作為 光波發(fā)射器)與線8(作為接收器)之間有相對運(yùn)動(dòng)。根據(jù)相對速度，線8反射 的光波有變化，己知這就是多普勒效應(yīng)。兩個(gè)多普勒頻率的重疊導(dǎo)致LDA 技術(shù)的參數(shù)中的拍差，所述拍差構(gòu)成包括亮區(qū)和暗區(qū)的干涉圖案，光檢測器 傳感器9將該干涉圖案記錄下來。對此，更多細(xì)節(jié)參見DE 103 42 383A1。
在圖1所示的參考光束方法中，激光光束3在楔形棱鏡4的可部分透射 的前側(cè)12上呈a角。第一子光束5a直接在前側(cè)12反射。該子光束5a強(qiáng)度 大約是原始激光光束3強(qiáng)度的5%。激光光束3沒有被反射的部分通過前側(cè) 12進(jìn)入楔形棱鏡4，然后在全反射的背側(cè)13被完全反射。接著在前側(cè)12折 射后，該光束再次射出楔形棱鏡4作為第二子光束5b，強(qiáng)度大約是原始激光 光束3強(qiáng)度的90%。
可按照Snell定律計(jì)算兩個(gè)子光束5a和5b的準(zhǔn)確路線
w2sin q
所示出的實(shí)例中，這導(dǎo)致兩個(gè)子光束5a和5b之間的角度P約為4.5度。 第一子光束5a形成參考光束，參考光束通過由孔11和會(huì)聚透鏡10形 成的接收器透鏡后被光電檢測器9記錄下來。第二子光束5b形成散射光束， 產(chǎn)生干涉圖案或者拍差頻率需要該散射光束。在使正在運(yùn)行的線8通過后， 散射光束5b不再是實(shí)際測定工作所必須，也就是說，可以用蓋子(cover) 11將其屏蔽在光電檢測器9之外。
在圖2所示對參考光束方法的變型中，光束的分光通過在楔形棱鏡4中 的多次反射和折射而發(fā)生。第一部分15的強(qiáng)度大約是原始激光光束3強(qiáng)度 的約5%，該第一部分15在可部分透射的前側(cè)12反射而不再需要用于完成 該方法其余步驟。激光光束3進(jìn)入楔形棱鏡4的其余部分在全反射背側(cè)13 被完全反射，然后從內(nèi)部到達(dá)可部分透射的前側(cè)12，第一子光束5b大部分 在此射出楔形棱鏡4，強(qiáng)度約為90%。然后，沒有射出的部分先在前側(cè)12 反射，再在背側(cè)13反射，結(jié)果，該光束第二次從內(nèi)部到達(dá)前側(cè)12，并作為 第二子光束5a射出楔形棱鏡4，強(qiáng)度約為4%。剩余部分再次在前側(cè)12反 射，然后再次在背側(cè)13反射，然后該光束射出楔形棱鏡4作為剩余光束16，強(qiáng)度可以忽略，不到原始激光光束3強(qiáng)度的1%，并且不再是完成參考光束 的方法所必需。這里，強(qiáng)度約卯％的第一子光束5b形成散射光束，而強(qiáng)度
約4M的第二子光束5a形成參考光束，指向光電檢測器9。這里，散射光束 5b在通過正在運(yùn)行的線8后也不再是實(shí)際測評工作所必需，結(jié)果，可以用蓋 子11再次將其屏蔽在光電檢測器9之外。
在兩個(gè)附圖所示的裝置A中，兩種情況下楔形棱鏡4都將激光光束3分 成相位相同的兩個(gè)子光束5a和5b，然后以兩個(gè)子光束5a和5b在正在運(yùn)行 的線8上的線程6的區(qū)域中交叉的方式，使它們形成重疊。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于附圖所示實(shí)例。具體而言，分光和導(dǎo)向器件不一 定必須是楔形棱鏡4?？商娲?，也可以使用以可部分透射進(jìn)入的鏡子相應(yīng) 構(gòu)建的無聚焦鏡(focusing-free mirror)的幾何形狀。
權(quán)利要求
1、一種利用傳感器器件無接觸地確定在紡織機(jī)的線程(6)中運(yùn)行的線(8)的結(jié)構(gòu)和/或速度的方法，其中，通過光源(1，2)產(chǎn)生激光光束(3)，并且利用對所述激光光束(3)進(jìn)行分光和導(dǎo)向的光學(xué)器件(4)將所述激光光束(3)分為至少兩個(gè)子光束(5a，5b)，所述至少兩個(gè)子光束(5a，5b)在所述線(8)處再次相遇，從而，根據(jù)激光多普勒測速法，受所述線(8)影響和/或被所述線(8)反射的光線產(chǎn)生測量信號，對所述測量信號進(jìn)行電子測評，以確定所述正在運(yùn)行的線(8)的結(jié)構(gòu)和/或速度，其特征在于所述激光多普勒測速法用作參考光束方法，從而所述光源(1，2)產(chǎn)生的所述激光光束(3)被所述分光和導(dǎo)向器件(4)以不同的強(qiáng)度分為參考光束(5a)和散射光束(5b)，從而所述散射光束(5b)的強(qiáng)度是所述參考光束(5a)強(qiáng)度的至少兩倍，所述分光和導(dǎo)向器件(4)對所述光源(1，2)產(chǎn)生的激光光束(3)進(jìn)行分光和導(dǎo)向的方式是，當(dāng)所述參考光束(5a)和所述散射光束(5b)射出所述分光和導(dǎo)向器件(4)時(shí)已經(jīng)以角度(β)朝向彼此定向，結(jié)果，它們在所述線(8)上交叉，并且所述參考光束(5a)的橫向尺寸大于所述運(yùn)行線(8)的橫向尺寸，從而，所述參考光束(5a)通過所述線(8)的部分被導(dǎo)向到光學(xué)傳感器器件(9，10，11)內(nèi)，所述光學(xué)傳感器器件(9，10，11)被設(shè)置為用于實(shí)現(xiàn)所述激光多普勒測速法。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述光源(l， 2)產(chǎn)生的所述 激光光束(3)被所述分光和導(dǎo)向器件(4)分光而不會(huì)聚焦，并且所述參考光束 (5a)和所述散射光束(5b)被導(dǎo)向到所述線(8)上而不會(huì)聚焦。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述分光和導(dǎo)向器件(4) 對所述光源(l， 2)產(chǎn)生的激光光束(3)進(jìn)行分光的方式是，所述散射光束(5b) 的強(qiáng)度至少是所述激光光束(3)的強(qiáng)度的80%，優(yōu)選為90%到95%，而所述 參考光束(5a)的強(qiáng)度至多是所述激光光束(3)強(qiáng)度的10%，優(yōu)選為4%到5%。
4、 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于當(dāng)所述參考 光束(5a)和所述散射光束(5b)射出所述分光和導(dǎo)向器件(4)時(shí)，相互之間形成 角度(P)，所述角度(P)的范圍在0.5"C到3(TC之間，優(yōu)選在3。C到"C之間，更 優(yōu)選在4'C到5度之間。
5、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于利用兩個(gè)鏡面 產(chǎn)生所述光束的分離(4)，在所述兩個(gè)鏡面中，至少所述激光光束(3)首先到達(dá) 的一個(gè)鏡面為使所述激光光束(3)部分反射和部分通過的部分透射鏡面，從而 使至少一部分穿透的子光束在第二個(gè)至少部分反射的鏡面處改變方向后，從 另一側(cè)再次至少部分通過所述部分透射的第一個(gè)鏡面。
6、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過單片楔形棱鏡(4)對所述激光光束C3)進(jìn)行分光和導(dǎo)向。
7、 如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于利用至少兩個(gè)鏡面產(chǎn)生所述光束的分離，在所述兩個(gè)鏡面中，至少所述激光光束(3)首先 到達(dá)的一個(gè)鏡面為使所述激光光束(3)部分反射和部分通過的部分透射鏡面，從而使至少一部分反射或穿透的子光束在第二個(gè)至少部分反射的鏡面處以所述兩個(gè)子光束(5a， 5b)在所述線(8)上相遇的方式改變方向。
8、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述參考光束(5a) 通過所述線(8)的部分沒有再改變方向，其被直接導(dǎo)向到所述光學(xué)傳感器器件 (9， 10， ll)內(nèi)，所述光學(xué)傳感器器件(9， 10， ll)被設(shè)置為用于實(shí)現(xiàn)所述激光 多普勒測速法。
9、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述參考光束(5a) 由單一光學(xué)傳感器器件(9， 10， 11)記錄下來的部分用于確定所述線(8)的速度 和直徑這兩者。
10、 一種用于無接觸地確定在紡織機(jī)的線程(6)中運(yùn)行的線(8)的結(jié)構(gòu)和/ 或速度的裝置(A)，包括光源(l， 2)，用于產(chǎn)生激光光束(3);光學(xué)分光 和導(dǎo)向器件(4)，通過所述分光和導(dǎo)向器件(4)將所述激光光束(3)分為能在所 述線(8)上重新聚集的至少兩個(gè)子光束(5a， 5b);以及光學(xué)傳感器器件(9， 10， 11)，根據(jù)激光多普勒測速法，通過受所述線(8)影響和/或被所述線(8)反射的 光線而從所述光學(xué)傳感器器件(9， 10， ll)產(chǎn)生測量信號，所述測量信號能夠 用于確定所述正在運(yùn)行的線(8)的結(jié)構(gòu)和/或速度，其特征在于為了將所述激光多普勒測速法實(shí)施為所述參考光束方法，所述分光和導(dǎo) 向器件(4)配置的方式是，所述光源(l， 2)產(chǎn)生的所述激光光束(3)能夠以不同 的強(qiáng)度分為參考光束(5a)和散射光束(5b)，從而所述散射光束(5b)的強(qiáng)度是所述參考光束(5a)強(qiáng)度的至少兩倍，所述分光和導(dǎo)向器件(4)設(shè)計(jì)的方式是，呈角度(P)射出所述參考光束(5a) 和所述散射光束(5b)，該角度(卩)保證它們在所述線(8)處相交，并且所述參考光束(5a)的橫向尺寸大于正在運(yùn)行的所述線(8)的橫向尺 寸，其中所述參考光束通過所述線(8)的部分被導(dǎo)向到所述光學(xué)傳感器器件 (9， 10， ll)內(nèi)。
11、 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于所述分光和導(dǎo)向器件(4) 構(gòu)建的方式是，所述光源(l， 2)產(chǎn)生的所述激光光束(3)能夠被分光而不會(huì)聚 焦，所述參考光束(5a)和所述散射光束(5b)能夠被導(dǎo)向到所述線(8)而不會(huì)聚焦。
12、 如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于所述分光和導(dǎo)向器件(4)構(gòu)建的方式是，能夠以如下方式對所述光源(l， 2)產(chǎn)生的所述激光光束 (3)進(jìn)行分光所述散射光束(5b)的強(qiáng)度至少是所述激光光束(3)強(qiáng)度的80%， 優(yōu)選為90%到95%，所述參考光束(5a)的強(qiáng)度至多是所述激光光束(3)強(qiáng)度的 10%，優(yōu)選為4%到5%。
13、 如權(quán)利要求10到12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述參考 光束(5a)和所述散射光束(5b)當(dāng)射出所述分光和導(dǎo)向器件(4)時(shí)相互之間形成 角度(P)，所述角度((3)的范圍在0.5t:到3(rC之間，優(yōu)選在3"到l(TC之間， 更優(yōu)選在4"到5"C之間。
14、 如權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述分光 和導(dǎo)向器件(4)包括兩個(gè)鏡面，其中至少所述激光光束(3)首先到達(dá)的一個(gè)鏡面 為使所述激光光束(3)部分反射和部分通過的部分透射鏡面，從而使至少一 部分穿透第一表面的子光束能夠在第二個(gè)至少部分反射的鏡面處以從另一 側(cè)透射通過所述部分透射的第一個(gè)鏡面的方式改變方向。
15、 如權(quán)利要求10到14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述分光 和導(dǎo)向器件由單片楔形棱鏡(4)形成。
16、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述楔形棱鏡(4)的背側(cè) 是可反射的。
17、 如權(quán)利要求10到13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述分光 和導(dǎo)向器件(4)包括兩個(gè)鏡面，其中至少所述激光光束(3)首先到達(dá)的一個(gè)鏡面為使所述激光光束(3)部分反射和部分通過的部分透射鏡面，從而使至少一 部分反射或穿透的子光束在第二個(gè)至少部分反射的鏡面處以所述兩個(gè)子光束(5a， 5b)在所述線(8)上相遇的方式改變方向。
18、 如權(quán)利要求10到17中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述參考 光束(5a)通過所述線(8)的部分沒有再改變方向，而直接被導(dǎo)向到所述光學(xué)傳 感器器件(9， 10， ll)內(nèi)。
19、 如權(quán)利要求10到18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述參考 光束(5a)能夠由單一光學(xué)傳感器器件(9， 10， ll)記錄下來，通過所述單一光 學(xué)傳感器器件(9， 10， ll)能夠產(chǎn)生所述測量信號，能夠?qū)λ鰷y量信號進(jìn)行 測評，以確定所述線(8)的直徑以及速度。
20、 如權(quán)利要求10到19中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述光源 由二極管激光器模塊(l)形成，特別是由VCSEL激光器或者邊緣發(fā)射器形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用傳感器器件無接觸地確定在紡織機(jī)的線程(6)中運(yùn)行的線(8)的結(jié)構(gòu)和/或速度的方法，其中，通過光源(1，2)產(chǎn)生激光光束(3)，并且利用對所述激光光束(3)進(jìn)行分光和導(dǎo)向的光學(xué)器件(4)將所述激光光束(3)分為在所述線(8)再次相交的至少兩個(gè)子光束(5a，5b)，其中所述分光和導(dǎo)向器件(4)將所述光源(1，2)產(chǎn)生的激光光束(3)分為參考光束(5a)和散射光束(5b)，其中所述散射光束(5b)的強(qiáng)度是所述參考光束(5a)強(qiáng)度的至少兩倍，其中所述光束即使在從所述分光和導(dǎo)向器件(4)射出時(shí)也相互之間成角度(β)從而在線(8)處相交，以及其中所述參考光束(5a)的橫向尺寸大于所述運(yùn)行線(8)的橫向尺寸，其中所述參考光束(5a)通過所述線(8)的部分被導(dǎo)向設(shè)置為用于實(shí)現(xiàn)所述激光多普勒測速法的光學(xué)傳感器器件(9，10，11)。
文檔編號G01S7/481GK101416071SQ200780012083
公開日2009年4月22日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者彼得·科恩斯, 費(fèi)迪南德·約瑟夫·赫爾曼斯, 馬丁·林登 申請人:威克股份有限公司