Entwicklung und Evaluierung eines serientauglichen LDA-Sensors für die hochdynamische und hochgenaue Messung der Garngeschwindigkeit in der Spulerei

Abstract

Die Spulmaschinenhersteller sind bestrebt, die erzeugte Garn- und Spulenqualität, sowie die Maschinenproduktivität immer weiter zu steigern. Dies gelingt jedoch nur durch genaue Überwachung des Spulprozesses. Bis heute ist es jedoch nicht gelun-gen, eine der wichtigsten Prozessgrößen in der Spulerei mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand serienmäßig in jeder einzelnen Spulstelle zu erfassen: die momentane Garngeschwindigkeit. Diese ist aufgrund der Garnverlegung auf der Spulenoberfläche mittels Nutentrommel hohen Beschleunigungen ausgesetzt. Die-se hochdynamische Garngeschwindigkeit enthält einen sehr hohen Informations-gehalt über die Qualität des Spulprozess. Die Erfassung und Auswertung der momentanen Garngeschwindigkeit ermöglicht eine Erhöhung der Spulen- und Garnqualität, sowie der Spulmaschinenproduktivität. Zu diesem Zweck wurde ein Sensor auf Basis der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) entwickelt, der erstmals die Vorteile der LDA-Technologie (berührungslos, hochgenau und hochdynamisch) mit einer kostengünstigen Sensorbauweise vereint. Dies gelingt durch den Einsatz modernster elektronischer Komponenten (FPGA-Technologie) und der Verwen-dung von aktuellen VCSEL-Halbleiterlasern, sowie einer für die LDA-Technik neu-artigen Strahlaufteilung und Strahlführung. Durch diese Kombination wird, für die Messung am laufenden Garn, die hohe Funktionalität von Labor-LDA's erreicht, jedoch mit einem wesentlich geringeren Aufwand. Somit ist eine wirtschaftliche Anwendung der LDA-Technologie im Spulbetrieb erstmals möglich. Das Verfahren wurde anhand zweier ausgewählter Anwendungen technologisch erprobt. Es konn-te gezeigt werden, dass der Einsatz des LDA-Sensors die Garnqualität, die Spulen-qualität und die Spulmaschinenproduktivität signifikant erhöht.

The aim of the manufacturers of winding machines is to continuously increase yarn and bobbin quality as well as the machine productivity. This, however, is only possible by strict control of the winding process. Until today, it has not been possi-ble to determine one of the most important process parameters in the winding room under the conditions of economically justifiable expenditure for each indi-vidual winding position: the present yarn speed. This speed is exposed to consider-able accelerations due to yarn shift on the bobbin surface by means of a grooved drum. This highly dynamical yarn speed contains vital information on the quality of the winding process. The acquisition and evaluation of the present yarn speed enables the increase of the bobbin and yarn quality as well as the increase of the productivity of the winding machine. For this purpose, a sensor based on the prin-ciple of Laser Doppler Anemometry (LDA) was developed, which for the first time combines the advantages of LDA-technology (contactless, highly precise, highly dynamical) with a low-cost sensor design. This can be achieved by the use of most modern electronic components (FPGA-technology) and by the use of current VCSEL-semiconductor lasers as well by innovative beam splitting and guidance. This combination enables the provision of a high degree of functionality of lab LDAs during the measurement of the running yarn - however at considerably re-duced expenditure. In this way, for the first time the economic application of LDA-technology in winding process has become possible. The process was tested tech-nologically based on two separately selected applications. It could be shown that the use of the LDA-sensor significantly increases yarn and bobbin quality as well as the productivity of winding machines.