CH414199A - Electro-optical device - Google Patents

Electro-optical device

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Publication number
CH414199A
CH414199A CH918664A CH918664A CH414199A CH 414199 A CH414199 A CH 414199A CH 918664 A CH918664 A CH 918664A CH 918664 A CH918664 A CH 918664A CH 414199 A CH414199 A CH 414199A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
light
measuring space
dependent
light source
rays
Prior art date
Application number
CH918664A
Other languages
German (de)
Inventor
Seiler Norbert
Original Assignee
Heberlein & Co Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heberlein & Co Ag filed Critical Heberlein & Co Ag
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Publication of CH414199A publication Critical patent/CH414199A/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H63/00—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions ; Quality control of the package
    • B65H63/06—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions ; Quality control of the package responsive to presence of irregularities in running material, e.g. for severing the material at irregularities ; Control of the correct working of the yarn cleaner
    • B65H63/062—Electronic slub detector
    • B65H63/065—Electronic slub detector using photo-electric sensing means, i.e. the defect signal is a variation of light energy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8914—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined
    • G01N21/8915—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined non-woven textile material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Description

  

  
 



  Elektro-optische Einrichtung
Es sind elektro-optische Einrichtungen zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform von fadenförmigen Gebilden z. B. Textilgarnen bekannt, gemäss welchen das Garn im Prinzip zwischen einem lichtelektrischen Empfänger (Photozelle, Photoelement) und einem Lichtsender, beispielsweise einer Lampe mit Sammellinse, hindurchgeführt wird. In dem von der Sammellinse ausgehenden Lichtstrahlenbündel wird ein Teil des Lichtes durch den dazwischenliegenden Faden abgedeckt, so dass der Querschnitt des Fadens als Schatten vom Lichtempfänger registriert wird. Querschnittsänderungen des Fadens verändern somit die vom Lichtempfänger aufgenommene Lichtmenge und werden von diesem als Spannungsänderung wiedergegeben.

   Mit dieser einfachen Einrichtung werden aber Querschnittsfehler nur dann erfasst, wenn sie quer zur Strahlenrichtung stehen, weshalb man zum Bau von Einrichtungen übergegangen ist, bei welchen der Lichtstrahl umgelenkt und mehrmals kreuzweise auf den Prüfling gerichtet wurde. Solche Einrichtungen haben aber den Nachteil, dass der optische Aufwand und die Abmessungen des Gerätes viel zu gross werden.



  Ausserdem ist das Zentrieren der Lichtquelle und das Ausrichten der Linsen, Spiegel und des Prüflings praktisch nur annähernd erreichbar, was zu Messfehlern führt und ferner entsteht durch die konzentrierte Abbildung des Prüflings auf dem Lichtempfänger eine oft unerwünschte örtliche Empfindlichkeit gegen Verschmutzung.



   Die Erfindung bezweckt nun, die geschilderten Mängel der bekannten elektro-optischen Einrichtungen zu beseitigen. Sie betrifft eine elekto-optische Einrichtung zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform von faden-, draht-, stab- oder rohrförmigen Gebilden, bei welchen der Prüfling durch einen zwischen mindestens einem Lichtsender und mindestens einem Lichtempfänger befindlichen Messraum hindurchgeführt wird.

   Das erfindungsgemässe Kennzeichen dieser Einrichtung besteht darin, dass der Lichtsender aus einem von einer Lichtquelle bestrahlten lichtleitenden Körper aus durchsichtigem Material besteht, der eine Selektion der einfallenden Lichtstrahlen durch Brechung, eine Umlenkung derselben mittels totalreflektierender bzw. verspiegelter Flächen und eine Selektion der austretenden Strahlen mittels Brechung bewirkt, so dass der Messraum von mindestens zwei konzentrisch verlaufenden Bändern annähernd paralleler Lichtstrahlen ausgeleuchtet wird.



   Der Hauptvorteil bei der Verwendung solcher   Lichtstrahlenbänder    liegt darin, dass keine Messfehler auftreten, auch wenn der Prüfling nicht genau im   Messraumzentrum    liegt.



   Nachstehend werden verschiedene beispielsweise Ausführungsformen des Erfiadungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert:
Die Fig. 1-5 stellen verschiedene prinzipielle Einrichtungen schematisch dar.



   Die Fig. 6 und 7 zeigen eine spezielle konstruktive Ausgestaltung in der Ansicht und im Seitenriss.



   Bei den Einrichtungen gemäss den Fig. 1-3 werden die von der Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlen mittels der lichtleitenden Körper 3 auf den Messraum 2 gerichtet, durch welchen das zu prüfende Gebilde 4 hindurchgeführt wird. Auf dem flächenhaften licht-elektrischen Empfänger 5 werden die Schattenrisse des Messobjektes abgebildet. Die Abmessungen der Lichtquelle 1 und des Messraumes 2 sind ungefähr gleich und ihre Längsachsen verlaufen senkrecht zur Zeichnungsebene. Der lichtleitende Körper 3 weist zwischen Lichtquelle 1 und Mess   Aluminiumpulver). Dies hat zur Folge, dass das auf diese Flächen auftreffende Licht gleichmässig nach allen Richtungen reflektiert wird und somit die Lichtaustrittsfläche c gleichmässig von allen Seiten beleuchtet wird.

   Dies bewirkt wieder, dass die Fläche c von jedem Punkt aus kegelförmig Licht ausstrahlt (innerhalb des   Grenzwinkels      a)    und somit der Messraum 2 durch eine Vielzahl konzentrisch verlaufender Bänder 12 annähernd paralleler Lichtstrahlen ausgeleuchtet wird. Der lichtleitende Körper 8 leitet das Licht auf den flächenhaften lichtelektrischen Empfänger 5.



   Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 3 bis 5 weisen die lichtleitenden Körper 3 bzw. 8 eine annähernde Idealform auf, welche für alle umgelenkten Strahlen annähernd gleich lange Wege bewirkt. Daneben sind aber Körper, bei welchen die totalreflektierenden bzw. verspiegelten Flächen kreisförmig oder elliptisch gewölbt sind, verwendbar. Die lichtleitenden Körper bestehen vorzugsweise aus Polymethacrylat, insbesondere  Plexiglas  (eingetragene Schutzmarke).



   In den Fig. 6 und 7 ist eine besonders vorteilhafte raumsparende konstruktive Ausgestaltung zur Prüfung der Querschnittsform von Textilgarnen dargestellt, welche auf dem Prinzip der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung beruht. Sie besteht aus einem metallischen Gehäuse 20, das mit einem Deckel 21 verschlossen ist. Gehäuse und Deckel sind mit je einer Fadenführungsöse 22, 22' versehen, in welche das Textilgarn 24 durch den Schlitz 23 eingeführt wird. Die als Glühlampe 25 ausgebildete Lichtquelle, die aus Polymethacrylat bestehenden   llichdeitenden    Körper 3 und 8 sowie das photoelektrische Element 5 sind, wie gestrichelt angedeutet, im Gehäuse 20 angeordnet. Das im photo elektrischen Element 5 erzeugte Signal kann in bekannter Weise elektronisch verstärkt, mit Sollwerten verglichen und ausgewertet werden, indem z.

   B. ein Zähler, eine Fadenabstell  oder -abschneidevorrichtung    betätigt wird.   



  
 



  Electro-optical device
There are electro-optical devices for testing the uniformity of the cross-sectional shape of thread-like structures z. B. textile yarns are known, according to which the yarn is in principle passed between a photoelectric receiver (photocell, photo element) and a light transmitter, for example a lamp with a converging lens. In the bundle of light rays emanating from the converging lens, part of the light is covered by the thread lying in between, so that the cross-section of the thread is registered as a shadow by the light receiver. Changes in the cross section of the thread thus change the amount of light received by the light receiver and are reflected by the latter as a change in tension.

   With this simple device, however, cross-sectional errors are only detected if they are perpendicular to the direction of the beam, which is why the construction of devices has been made in which the light beam is deflected and directed several times crosswise onto the test object. However, such devices have the disadvantage that the optical complexity and the dimensions of the device are much too large.



  In addition, the centering of the light source and the alignment of the lenses, mirrors and the test item can only be approximately achieved, which leads to measurement errors and the concentrated imaging of the test item on the light receiver often creates an undesirable local sensitivity to contamination.



   The invention now aims to eliminate the deficiencies outlined in the known electro-optical devices. It relates to an electro-optical device for testing the evenness of the cross-sectional shape of thread, wire, rod or tubular structures, in which the test object is passed through a measuring space located between at least one light transmitter and at least one light receiver.

   The characteristic of this device according to the invention is that the light transmitter consists of a light-conducting body made of transparent material irradiated by a light source, which allows selection of the incident light rays by refraction, deflection of the same by means of totally reflecting or mirrored surfaces and selection of the emerging rays by refraction causes the measuring space to be illuminated by at least two concentrically running strips of approximately parallel light beams.



   The main advantage of using such light beam bands is that no measurement errors occur, even if the test object is not exactly in the center of the measurement room.



   Various exemplary embodiments of the subject of the invention are explained below with reference to the drawing:
Figs. 1-5 show various basic devices schematically.



   FIGS. 6 and 7 show a special structural embodiment in the view and in side elevation.



   In the devices according to FIGS. 1-3, the rays emitted by the light source 1 are directed by means of the light-conducting bodies 3 onto the measuring space 2, through which the structure 4 to be tested is passed. The silhouettes of the measurement object are mapped onto the planar light-electrical receiver 5. The dimensions of the light source 1 and the measurement space 2 are approximately the same and their longitudinal axes run perpendicular to the plane of the drawing. The light-conducting body 3 has between light source 1 and measuring aluminum powder). As a result, the light striking these surfaces is reflected evenly in all directions and thus the light exit surface c is illuminated evenly from all sides.

   This in turn causes the surface c to emit conical light from every point (within the critical angle a) and thus the measuring space 2 is illuminated by a large number of concentrically extending strips 12 of approximately parallel light beams. The light-guiding body 8 guides the light onto the planar photoelectric receiver 5.



   In the embodiments according to FIGS. 3 to 5, the light-conducting bodies 3 and 8 have an approximately ideal shape, which causes paths of approximately the same length for all deflected beams. In addition, however, bodies in which the totally reflecting or mirrored surfaces are curved in a circular or elliptical manner can be used. The light-conducting bodies are preferably made of polymethacrylate, in particular Plexiglas (registered trademark).



   FIGS. 6 and 7 show a particularly advantageous, space-saving structural design for testing the cross-sectional shape of textile yarns, which is based on the principle of the device shown in FIG. It consists of a metallic housing 20 which is closed with a cover 21. The housing and cover are each provided with a thread guide eyelet 22, 22 ′ into which the textile yarn 24 is inserted through the slot 23. The light source embodied as an incandescent lamp 25, the light-conducting bodies 3 and 8 made of polymethacrylate and the photoelectric element 5 are arranged in the housing 20, as indicated by dashed lines. The signal generated in the photoelectric element 5 can be electronically amplified in a known manner, compared with setpoints and evaluated by z.

   B. a counter, a thread storage or cutting device is operated.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektro-optische Einrichtung zur Prüfung der Gleichmässigkeit der Querschnittsform von faden-, draht-, stab- oder rohrförmigen Gebilden, bei der der Prüfling durch einen zwischen mindestens einem Lichtsender und mindestens einem Lichtempfänger befindlichen Messraum hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender aus einem von einer Lichtquelle bestrahlten lichtleitenden Körper aus durchsichtigem Material besteht, der eine Selektion der einfallenden Lichtstrahlen durch Brechung, eine Umlenkung derselben mittels totalreflektierenden bzw. verspiegelten Flächen und eine Selektion der austretenden Strahlen mittels Brechung bewirkt, so dass der Messraum von mindestens zwei konzentrisch verlaufenden Bändern annähernd paralleler Licht strahlen ausgeleuchtet wird. PATENT CLAIM Electro-optical device for testing the uniformity of the cross-sectional shape of thread, wire, rod or tubular structures, in which the test object is passed through a measuring space located between at least one light transmitter and at least one light receiver, characterized in that the light transmitter consists of a A light-conducting body irradiated by a light source consists of transparent material, which causes a selection of the incident light rays by refraction, a deflection of the same by means of totally reflective or mirrored surfaces and a selection of the exiting rays by means of refraction, so that the measuring space of at least two concentrically running bands approximately parallel light rays is illuminated. raum 2 in bezug auf eine durch deren Längsachsen gelegte Ebene symmetrisch verlaufende, brechende und totalreflektierende bzw. verspiegelte Flächen auf. space 2 with respect to a plane laid by its longitudinal axes symmetrically extending, refractive and totally reflective or mirrored surfaces. Bei den Einrichtungen gemäss den Fig. 1 und 2 ist der lichtleitende Körper 3 von gegeneinander geneigten ebenen Flächen begrenzt. Die Eintrittsflächen a der lichtleitenden Körper 3 lassen nur Strahlen eintreten, die innerhalb des durch die Brechungszahl des Materials bestimmten Grenzwinkels a auftreffen. Die glatten Flächen b reflektieren die Strahlen, die nicht innerhalb des Grenzwinkels auftreffen an den Stellen, die nicht auf dem optischschwarzen Gehäuse 6 aufliegen und die Austrittsflächen c lassen nur Strahlen innerhalb des Grenzwinkels a austreten. Dadurch entsteht im Messraum 2 eine Zone mit zwei bzw. drei sich kreuzenden Bändern 7, 7' bzw. 7" annähernd paralleler Lichtstrahlen. In the devices according to FIGS. 1 and 2, the light-guiding body 3 is delimited by flat surfaces inclined towards one another. The entry surfaces a of the light-conducting bodies 3 only allow rays to enter which impinge within the critical angle a determined by the refractive index of the material. The smooth surfaces b reflect the rays that do not impinge within the critical angle at the points that do not rest on the optically black housing 6 and the exit surfaces c only allow rays to emerge within the critical angle a. This creates a zone in the measuring space 2 with two or three intersecting strips 7, 7 'and 7 "of approximately parallel light beams. Bei den Einrichtungen gemäss den Fig. 3-5 ist der lichtleitende Körper 3 von gewölbten Flächen begrenzt, wobei die Summe der Abstände jedes Punktes der Wölbung der totalreflektierenden bzw. verspiegelten Flächen b zum Zentrum der Lichtquelle 1 und zum Zentrum des Messraumes 2 einander gleich sind. In the devices according to FIGS. 3-5, the light-conducting body 3 is delimited by curved surfaces, the sum of the distances between each point of the curvature of the totally reflecting or mirrored surfaces b to the center of the light source 1 and the center of the measuring space 2 being equal to one another . Ferner sind die Eintrittsfläche a und die Aus trittsfläche c je halbkreisförmig um die Längsachse der Lichtquelle 1 bzw. des Messraumes 2 gebogen. Furthermore, the entry surface a and the exit surface c are each curved in a semicircle around the longitudinal axis of the light source 1 and the measuring space 2, respectively. Der Grenzwinkel a des verwendeten Materials bestimmt auch den minimalen Winkel zwischen dem eintreffenden und reflektierten Strahl bei vorbestimmter Totalreflexion. Die halbkreisförmig gebogenen Lichteintritts- und -austrittsflächen a und c bilden deshalb einen Kreissektor von 2 a. Die von der Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlen treten mehr oder weniger radial durch die halbkreisförmig gebogene Fläche a in den Körper 3 ein, werden an den Flächen b totalreflektiert und gelangen durch die ebenfalls halbkreisförmig gebogene Fläche c in den Messraum 2. The critical angle α of the material used also determines the minimum angle between the incident and reflected beam at a predetermined total reflection. The semicircular curved light entry and exit surfaces a and c therefore form a sector of a circle of 2a. The rays emitted by the light source 1 enter the body 3 more or less radially through the semicircular curved surface a, are totally reflected at the surfaces b and pass through the semi-circular curved surface c into the measuring room 2. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 weist die halbkreisförmig gebogene Lichtaustrittsfläche c beliebig viele gewölbte Rippen 9 auf, welche bewirken, dass das aus dem Körper 3 austretende Licht in Form von Bändern 10 annähernd paralleler Lichtstrahlen auf den llchtelektrischen Empfänger 5 gelangt. In the embodiment according to FIG. 3, the semicircularly curved light exit surface c has any number of arched ribs 9, which cause the light emerging from the body 3 to reach the electric receiver 5 in the form of bands 10 of approximately parallel light beams. Bei der Ausführungsform gemäss Fig 4 ist zwischen dem Messraum 2 und dem Lichtempfänger 5 ein zum Körper 3 äquivalenter Körper 8 angeordnet, der die das Zentrum des Messraumes 2 passierenden Lichtstrahlenbündel (z. B. 11, 11') auf einen stabförmigen, lichtelektrischen Umsetzer 6' (z. B. einen lichtempfindlichen Halbleiter) leitet. In the embodiment according to FIG. 4, a body 8 equivalent to the body 3 is arranged between the measurement space 2 and the light receiver 5, which transfers the light beam bundles (e.g. 11, 11 ') passing through the center of the measurement space 2 to a rod-shaped, photoelectric converter 6 '(e.g. a photosensitive semiconductor) conducts. Die Fig. 5 zeigt eine ähnliche Einrichtung wie Fig. 4, jedoch mit dem Unterschied, dass beim lichtleitenden Körper 3 die flächen b rauh ausgebildet oder körnig verspiegelt sind (z. B. mit grobkörnigem UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper zwischen Lichtquelle und Messraum in bezug auf eine durch deren parallele Längsachsen gelegte Ebene symmetrisch verlaufende brechende und totalreflektierende bzw. verspiegelte Flächen aufweist. FIG. 5 shows a device similar to FIG. 4, but with the difference that in the light-conducting body 3 the surfaces b are rough or have a grainy mirror finish (for example, with a coarse grain SUBCLAIMS 1. Device according to claim, characterized in that the light-guiding body between the light source and the measuring space has refractive and totally reflective or mirrored surfaces symmetrically extending with respect to a plane laid down by their parallel longitudinal axes. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper von gegeneinander geneigten ebenen Flächen begrenzt ist. 2. Device according to dependent claim 1, characterized in that the light-guiding body is delimited by mutually inclined flat surfaces. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper von gewölbten Flächen begrenzt ist und dass die Summe der Abstände jedes Punktes der Wölbung der totalreflektierenden bzw. verspiegelten Flächen zum Zentrum der Lichtquelle und zum Zentrum des Messraumes einander gleich sind. 3. Device according to dependent claim 1, characterized in that the light-guiding body is bounded by curved surfaces and that the sum of the distances from each point of the curvature of the totally reflecting or mirrored surfaces to the center of the light source and the center of the measuring space are equal to each other. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper je halbkreisförmig um die zueinander parallelen Längsachsen der Lichtquelle und des Messraumes gebogene Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen aufweist. 4. Device according to dependent claim 3, characterized in that the light-conducting body has light entry and light exit surfaces which are each semicircular around the parallel longitudinal axes of the light source and the measuring space. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der totalreflektierenden bzw. verspiegelten Flächen kreisbogenför migist. 5. Device according to dependent claim 1, characterized in that the curvature of the totally reflecting or mirrored surfaces migist circular arc. 6. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der totalreflektie renden bzw. verspiegelten Flächen elliptisch ist. 6. Device according to dependent claim 1, characterized in that the curvature of the totalreflektie generating or mirrored surfaces is elliptical. 7. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkreisförmig gewölbte Lichtaustrittsfläche gewölbte Rippen aufweist. 7. Device according to dependent claim 4, characterized in that the semicircular arched light exit surface has arched ribs. 8. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch kennzeichnet, dass die Abmessungen des Messraumes annähernd denjenigen der Lichtquelle entsprechen. 8. Device according to patent claim, characterized in that the dimensions of the measuring space correspond approximately to those of the light source. 9. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper rauhe, brechende und totalreflektierende bzw. körnige, verspiegelte, gewölbte Flächen aufweist. 9. Device according to claim, characterized in that the light-conducting body has rough, refractive and totally reflective or granular, mirrored, curved surfaces. 10. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messraum und dem Lichtempfänger ein weiterer gleichartiger lichtleitender Körper angeordnet ist, der die den Messraum passierenden Lichtstrahlen auf den Empfänger leitet. 10. Device according to claim, characterized in that a further similar light-conducting body is arranged between the measuring space and the light receiver, which guides the light beams passing through the measuring space onto the receiver. 11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitenden Körper aus Polymethacrylat bestehen. 11. Device according to dependent claim 10, characterized in that the light-conducting body are made of polymethacrylate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0144502A2 (en) * 1983-10-04 1985-06-19 Zellweger Uster Ag Optical measuring apparatus for the cross-section of textile yarns, and its use

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EP0144502A2 (en) * 1983-10-04 1985-06-19 Zellweger Uster Ag Optical measuring apparatus for the cross-section of textile yarns, and its use
EP0144502A3 (en) * 1983-10-04 1986-05-28 Zellweger Uster Ag Optical measuring apparatus for the cross-section of textile yarns, and its use

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