[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten eines längs bewegten Faserstranges, insbesondere eines Garns, wobei eine Lichtquelle dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen in Richtung des Faserstranges zu emittieren, und mindestens ein Sensor dazu ausgebildet ist, das vom Garn beeinflusste Licht zu erfassen.
[0002] Die DE 10 2004 053 735 offenbart eine gattungsgemässe Vorrichtung. Die dargestellte Vorrichtung ist in ein Gehäuse eingebettet, das einen Messschlitz aufweist, durch den das abzutastende Garn geführt wird. Das Garn wird von einer Lichtquelle, hier von einer Weisslichtdiode, bestrahlt. Zwischen der Lichtquelle und dem Garn sind Elemente zur Übertragung des Lichtes angeordnet. Solche Elemente sind zum Beispiel Blenden und Linsen, die nacheinander im Strahlengang angeordnet sind. Zum Schutz dieser Elemente und der Leuchtdiode ist zum Messschlitz hin noch eine Glasscheibe angeordnet. Die Vorrichtung weist weiterhin zwei als Sensoren dienende Fotodioden zur Messung des vom Garn reflektierten Lichtes auf. Den Fotodioden sind entsprechend der Lichtquelle eine Glasscheibe und Elemente zur Übertragung des Lichtes vorgelagert.
Ein weiterer entsprechend aufgebauter Sensor ist zur Messung des vom Garn transmittierten Lichtes angeordnet.
[0003] Das Garn hat nur eine kleine Oberfläche, so dass die durch die Sensoren erfassten Messsignale nur geringe Änderungen durch das Garn beziehungsweise durch Änderung der Garnbeschaffenheit erfahren. Deshalb ist man bestrebt, das vom Garn beeinflusste Licht möglichst vollständig zu erfassen und das Messergebnis verfälschende Störstrahlung so weit wie möglich zu vermeiden. Die Störstrahlung erzeugt parasitäre Signale, die das Verhältnis von Nutzsignal zu Gesamtsignal verschlechtern.
[0004] Zur Verbesserung des Verhältnisses von Nutzsignal zu Gesamtsignal werden im Wesentlichen zwei Massnahmen vorgeschlagen. Zum einen werden im Strahlengang hinter der Lichtquelle eine Blende und eine Linse so angeordnet, dass die Blende zumindest annähernd im Unendlichen abgebildet wird. Durch diese Massnahme entsteht annähernd paralleles Licht. Das Garn wird damit optimal ausgeleuchtet, und die Streuung des Lichtes vor dem Auftreffen auf das Garn wird zumindest reduziert. Weiterhin wird vor den Empfängern für reflektiertes Licht jeweils eine Linse so angeordnet und ausgebildet, dass in Abwesenheit des Garnes jeweils Abbildungen auf der gegenüberliegenden Wand des Messspaltes erfassbar sind, die im Wesentlichen beiderseitig ausserhalb der Abbildung der Lichtquelle auf der gegenüberliegenden Wand des Messspaltes liegen.
Durch diese Massnahme wird verhindert, dass an der Wand reflektiertes Licht auf die Empfänger für reflektiertes Licht fällt, wodurch das Signal-zu-Rauschverhältnis verschlechtert würde.
[0005] Die beschriebenen Massnahmen zur Verbesserung des Strahlengangs haben allerdings keinen Einfluss darauf, welcher Anteil des vom Garn beeinflussten Lichtes von den Sensoren beziehungsweise Empfängern erfasst wird. Ausserdem bleibt weiterhin Störstrahlung vorhanden, die das Messergebnis verfälscht.
[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Signal-zu-Rauschverhältnis beim optischen Abtasten eines längs bewegten Faserstranges weiter zu verbessern.
[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0008] Zur Lösung der Aufgabe ist im Strahlengang des Lichtes zwischen dem Faserstrang und dem Sensor eine flächenhafte Linsenanordnung mit mehreren in einer Ebene angeordneten Linsen so positioniert, dass die Ebene von den Lichtstrahlen durchdrungen wird.
[0009] Durch die Anordnung mehrerer Linsen nebeneinander in einer Ebene kann für jeden Auftreffpunkt des vom Faserstrang beeinflussten Lichtes auf der Linsenanordnung der weitere Verlauf des Strahlenganges individuell beeinflusst werden. Je nach Entfernung und Positionierung des Auftreffpunktes trifft das vom Faserstrang beeinflusste Licht in unterschiedlichem Winkel auf die flächenhafte Linsenanordnung. Für jeden Auftreffpunkt beziehungsweise Auftreffbereich, für den eine eigene Linse existiert, kann nun diese Linse so angeordnet und ausgebildet werden, dass der vom Faserstrang beeinflusste Lichtstrahl von dem Sensor erfasst wird. Der Strahlengang des Lichtes kann umso besser beeinflusst werden, je mehr Linsen in der flächenhaften Linsenanordnung verwendet werden.
Weiterhin kann die Ebene, in der die Linsen angeordnet sind, oder es können die einzelnen Linsen so angeordnet beziehungsweise ausgebildet sein, dass Störstrahlen möglichst nicht auf den Sensor treffen. Durch die Möglichkeiten der Strahlenführung durch die flächenhaften Linsenanordnungen können andere im Strahlengang des Lichtes das Licht übertragende Elemente der Vorrichtung so angeordnet werden, dass die Störstrahlen nicht oder nur in geringerem Masse als die Nutzstrahlen den Sensor erreichen. Durch die Möglichkeiten der Strahlenführung mittels der erfindungsgemässen Linsenanordnung kann die räumliche Ausdehnung der Anordnung aus Sensor, Linsen und gegebenenfalls anderen Elementen zur Übertragung des Lichtes, wie zum Beispiel einer Blende, verringert werden. Insgesamt wird die Flexibilität des Messaufbaus erhöht und der Bauraum der Vorrichtung verringert.
[0010] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Linsen der flächenhaften Linsenanordnung so ausgebildet, dass die Lichtstrahlen mittels der Linsenanordnung weitestgehend parallelisiert werden. Die weitestgehend parallelen Lichtstrahlen können dann mittels einer zwischen der Linsenanordnung und dem Sensor angeordneten Sammellinse gebündelt werden. Vorteilhafterweise wird der Sensor im Brennpunkt der Sammellinse angeordnet. Durch die Anpassungsmöglichkeiten der flächenhaften Linsenanordnung kann die Sammellinse nahezu beliebig positioniert werden.
[0011] Vorteilhafterweise verringert die flächenhafte Linsenanordnung die Divergenz des vom Faserstrang beeinflussten Lichtes. Dazu kann, wie schon beschrieben, das Licht parallelisiert werden. Es ist auch möglich, dass mittels der flächenhaften Linsenanordnung das Licht direkt in einem Punkt gebündelt wird, in dem sich der Sensor befindet.
[0012] Als flächenhafte Linsenanordnung können Mikrolinsenarrays verwendet werden. Solche Mikrolinsensysteme sind heute bereits verfügbar und wurden bisher zum Beispiel in CCD-Sensoren von Digitalkameras eingesetzt. Durch den Einsatz von Mikrolinsen ist es möglich, mehrere tausend Linsen auf einem Quadratmillimeter Fläche unterzubringen.
[0013] Die Mikrolinsen können zum Beispiel in eine Glasscheibe eingearbeitet sein. Eine solche Glasscheibe ist nicht dicker als 0,5mm und kann die in den Vorrichtungen zum optischen Abtasten von Fasersträngen häufig ohnehin zum Schutz der Sensorik vorhandene Glasscheibe ersetzen. Auf diese wird für die flächenhafte Linsenanordnung kein zusätzlicher Platz benötigt.
[0014] Alternativ können die Mikrolinsen auch in eine Kunststofffolie eingearbeitet sein.
[0015] Der Einsatz von flüssigen Mikrolinsen mit veränderlicher Brennweite eröffnet besonders effiziente Möglichkeiten der Strahlenbeeinflussung.
[0016] Durch den Einsatz von flächenhaften Linsenanordnungen kann das Signal-zu-Rauschverhältnis sowohl bei der Messung des vom Faserstrang reflektierten als auch bei der Messung des vom Faserstrang transmittierten Lichtes verbessert werden.
[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
[0018] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum optischen Abtasten eines längs bewegten Faserstranges mit einem Sensor zur Messung des vom Garn reflektierten Lichtes;
<tb>Fig. 2<sep>eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
<tb>Fig. 3<sep>eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
<tb>Fig. 4<sep>eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem Sensor zur Messung des vom Garn transmittierten Lichtes.
[0019] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum optischen Abtasten eines längs bewegten Faserstranges 5. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind hier nur eine Lichtquelle 1 und ein Sensor 7 zur Erfassung des vom Garn reflektierten Lichtes dargestellt. Es sind natürlich auch erfindungsgemässe Anordnungen mit mehreren Lichtquellen oder Sensoren möglich. Entsprechend können auch Sensoren zur Messung des vom Garn transmittierten Lichtes in der gleichen Anordnung vorhanden sein. Hinter der Lichtquelle sind Elemente zur Übertragung des Lichtes angeordnet, die hier durch eine Linse 2 symbolisiert werden. Die emittierten Lichtstrahlen durchqueren eine Glasscheibe 3 und treffen dann auf das Garn 5. Die Lichtstrahlen werden am Garn 5 reflektiert und durchdringen dann wieder die Glasscheibe 3.
In die Glasscheibe sind eine Vielzahl von Mikrolinsen 4, von denen hier nur einige exemplarisch dargestellt sind, eingearbeitet. Die Glasscheibe 3 bildet dabei die Ebene, in der die Linsen 4 angeordnet sind. Die Mikrolinsen sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sich hinter der Glasscheibe beziehungsweise hinter der Ebene, in der die Mikrolinsen angeordnet sind, ein paralleler Strahlengang ergibt und möglichst viele, der vom Garn 5 reflektierten Lichtstrahlen auf die Sammellinse 6 treffen. Die senkrecht auf die Mittellinie 6a treffenden und von der Sammellinse 6 gebündelten Lichtstrahlen werden dann vom Sensor 7 erfasst.
[0020] Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung. Entsprechend werden die Lichtstrahlen einer Lichtquelle 11 von einer Linse 12 gebündelt und treffen dann auf das Garn 15. Die vom Garn reflektierten Lichtstrahlen treffen auf die Glasscheibe 13 mit den Mikrolinsen 14. Im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Sammellinse 16 anders angeordnet als die Sammellinse 6. Die Sammellinse 16 steht parallel zu der Glasscheibe 13. Die Mikrolinsen 14 sind auch in dieser Ausführungsform so angepasst, dass die Lichtstrahlen, die aus der Glasscheibe 13 austreten, parallel zueinander stehen, senkrecht auf die Mittellinie 16a der Sammellinse 16 treffen und von der Sammellinse 16 auf den Sensor 17 gebündelt werden.
Durch die andere Positionierung der Sammellinse tritt gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1zusätzlich eine Reduzierung der vom Sensor 7 erfassten Störstrahlung ein. Mit dem Bezugszeichen 18 ist ein Störstrahl bezeichnet, der vor dem Auftreffen auf das Garn an der Scheibe 13 reflektiert wird. Durch die gewählte Positionierung der Sammellinse trifft der Störstrahl 18 so auf die Sammellinse, das er gar nicht oder zumindest stark abgeschwächt auf den Sensor 17 trifft. Diese vorteilhafte Positionierung der Sammellinse ist erst durch die vorgelagerte flächenhafte Linsenanordnung, die im Ausführungsbeispiel als eine Vielzahl von Mikrolinsen ausgebildet ist, möglich.
[0021] Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform in der auf eine Sammellinse vollständig verzichtet wird. Die Mikrolinsen 24 sind so in die Glasscheibe 23 integriert, dass die von der Lichtquelle 21 ausgesandten, von der Linse 22 gebündelten und vom Garn 25 reflektierten Lichtstrahlen von den Mikrolinsen direkt in den Sensor 27 gebündelt werden.
[0022] Die Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemässen Vorrichtung. In dieser Anordnung erfasst der Sensor 38 das vom Garn 35 transmittierte Licht. Das Element 32 zur Übertragung des Lichtes der Lichtquelle 31 soll die Lichtstrahlen parallelisieren. Dies wird in der Praxis jedoch nicht vollständig erreicht. Wie in Fig. 4 angedeutet, verbleibt eine Divergenz. Die vom Garn transmittierten divergenten Lichtstrahlen treffen auf die Glasscheibe 39. Die in der Glasscheibe 39 eingearbeiteten Mikrolinsen bündeln das Licht in dem Sensor 38.
The invention relates to a device for optically scanning a longitudinally moved fiber strand, in particular a yarn, wherein a light source is adapted to emit light rays in the direction of the fiber strand, and at least one sensor is adapted to detect the light influenced by the yarn ,
DE 10 2004 053 735 discloses a generic device. The illustrated device is embedded in a housing having a measuring slot through which the yarn to be scanned is guided. The yarn is irradiated by a light source, here by a white light diode. Between the light source and the yarn elements for transmitting the light are arranged. Such elements are, for example, diaphragms and lenses, which are arranged one after the other in the beam path. To protect these elements and the light emitting diode, a glass pane is still arranged towards the measuring slot. The device further comprises two photodiodes serving as sensors for measuring the light reflected by the yarn. The photodiodes are preceded by a glass plate and elements for transmitting the light according to the light source.
Another correspondingly constructed sensor is arranged to measure the light transmitted by the yarn.
The yarn has only a small surface, so that the measured signals detected by the sensors experience only minor changes by the yarn or by changing the yarn texture. Therefore, it is endeavored to capture the light influenced by the yarn as completely as possible and to avoid the measurement result distorting interference as far as possible. The interference generates parasitic signals that deteriorate the ratio of useful signal to total signal.
To improve the ratio of useful signal to total signal essentially two measures are proposed. On the one hand, a diaphragm and a lens are arranged in the beam path behind the light source so that the diaphragm is imaged at least approximately at infinity. This measure produces approximately parallel light. The yarn is thus optimally illuminated, and the scattering of the light before impacting the yarn is at least reduced. Furthermore, in each case a lens is arranged and formed in front of the receivers for reflected light such that in the absence of the yarn, images on the opposite wall of the measuring gap can be detected which lie on both sides outside the image of the light source on the opposite wall of the measuring gap.
This measure prevents light reflected on the wall from falling on the reflected light receivers, thereby degrading the signal-to-noise ratio.
However, the described measures for improving the beam path have no influence on what proportion of the light influenced by the yarn is detected by the sensors or receivers. In addition, there is still interference, which distorts the measurement result.
It is therefore the object of the present invention to further improve the signal-to-noise ratio in the optical scanning of a longitudinally moved fiber strand.
The object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
To solve the problem in the beam path of the light between the fiber strand and the sensor, a planar lens assembly with a plurality of lenses arranged in a plane is positioned so that the plane is penetrated by the light rays.
By arranging several lenses side by side in a plane can be influenced individually for each point of impact of the fiber strand influenced light on the lens assembly of the further course of the beam path. Depending on the distance and positioning of the impact point, the light influenced by the fiber strand strikes the planar lens arrangement at different angles. For each impact point or impingement area for which a separate lens exists, this lens can now be arranged and formed in such a way that the light beam influenced by the fiber strand is detected by the sensor. The beam path of the light can be better influenced the more lenses are used in the planar lens arrangement.
Furthermore, the plane in which the lenses are arranged, or it may be the individual lenses arranged or designed so that interference rays as possible do not hit the sensor. Due to the possibilities of beam guidance through the planar lens arrangements, other elements of the device transmitting the light in the beam path of the light can be arranged such that the interfering beams do not reach the sensor or only to a lesser extent than the useful beams. Due to the possibilities of beam guidance by means of the lens arrangement according to the invention, the spatial extent of the arrangement of sensor, lenses and optionally other elements for transmitting the light, such as a diaphragm, can be reduced. Overall, the flexibility of the measurement setup is increased and the installation space of the device is reduced.
In an advantageous embodiment of the invention, the lenses of the planar lens arrangement are formed so that the light rays are largely parallelized by means of the lens assembly. The largely parallel light beams can then be bundled by means of a collecting lens arranged between the lens arrangement and the sensor. Advantageously, the sensor is arranged in the focal point of the converging lens. Due to the adaptability of the planar lens arrangement, the converging lens can be positioned almost anywhere.
Advantageously, the planar lens arrangement reduces the divergence of the light affected by the fiber strand. For this purpose, as already described, the light can be parallelized. It is also possible that the light is focused directly in a point in which the sensor is located by means of the planar lens arrangement.
As a planar lens arrangement, microlens arrays can be used. Such microlensing systems are already available today and have hitherto been used, for example, in CCD sensors of digital cameras. Through the use of microlenses, it is possible to accommodate several thousand lenses on a square millimeter surface.
The microlenses can be incorporated, for example, in a glass sheet. Such a glass pane is not thicker than 0.5 mm and can replace the existing glass in the apparatus for optical fiber strands often anyway to protect the sensor. No additional space is needed for the planar lens arrangement.
Alternatively, the microlenses can also be incorporated in a plastic film.
The use of liquid microlenses with variable focal length opens up particularly efficient ways of influencing the radiation.
By the use of planar lens arrangements, the signal-to-noise ratio can be improved both in the measurement of the fiber strand reflected and in the measurement of the light transmitted from the fiber strand.
The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings.
[0018] FIG.
<Tb> FIG. 1 <sep> an apparatus according to the invention for optically scanning a longitudinally moved fiber strand with a sensor for measuring the light reflected by the yarn;
<Tb> FIG. 2 <sep> a second embodiment of a device according to the invention;
<Tb> FIG. 3 <sep> a third embodiment of a device according to the invention;
<Tb> FIG. 4 shows a device according to the invention with a sensor for measuring the light transmitted by the yarn.
Fig. 1 shows an inventive device for optically scanning a longitudinally moving fiber strand 5. For the sake of clarity, only one light source 1 and a sensor 7 for detecting the light reflected by the yarn are shown here. Of course, arrangements according to the invention with multiple light sources or sensors are also possible. Accordingly, sensors for measuring the light transmitted by the yarn can also be present in the same arrangement. Behind the light source elements for transmitting the light are arranged, which are symbolized here by a lens 2. The emitted light rays pass through a glass pane 3 and then impinge on the yarn 5. The light rays are reflected on the yarn 5 and then penetrate the glass pane 3 again.
In the glass pane, a plurality of microlenses 4, of which only a few are shown here by way of example, incorporated. The glass sheet 3 forms the plane in which the lenses 4 are arranged. The microlenses are arranged and configured such that a parallel beam path results behind the glass pane or behind the plane in which the microlenses are arranged, and as many as possible meet the light rays reflected by the yarn 5 on the converging lens 6. The light rays which strike the center line 6a perpendicularly and are focused by the converging lens 6 are then detected by the sensor 7.
Fig. 2 shows a second embodiment of the inventive device. Accordingly, the light rays of a light source 11 are collimated by a lens 12 and then impinge on the yarn 15. The light rays reflected from the yarn strike the glass sheet 13 with the microlenses 14. Compared to the embodiment shown in Fig. 1, the condenser lens 16 is different The collecting lens 16 is parallel to the glass sheet 13. Also in this embodiment, the microlenses 14 are adapted so that the light rays emerging from the glass sheet 13 are parallel to each other, perpendicular to the center line 16a of the condenser lens 16 meet and are focused by the converging lens 16 on the sensor 17.
Due to the different positioning of the condenser lens, a reduction of the interference radiation detected by the sensor 7 occurs in addition to the embodiment of FIG. 1. The reference numeral 18 designates an interference beam which is reflected on the disk 13 before it hits the yarn. As a result of the selected positioning of the converging lens, the interfering beam 18 strikes the converging lens so that it does not strike the sensor 17 or at least greatly attenuates it. This advantageous positioning of the condenser lens is only possible by the upstream planar lens arrangement, which is formed in the embodiment as a plurality of microlenses.
Fig. 3 shows an embodiment in which a collecting lens is completely dispensed with. The microlenses 24 are integrated into the glass pane 23 in such a way that the light rays emitted by the light source 21, bundled by the lens 22 and reflected by the yarn 25, are collimated directly into the sensor 27 by the microlenses.
4 shows a further variant of an inventive device. In this arrangement, the sensor 38 detects the light transmitted from the yarn 35. The element 32 for transmitting the light of the light source 31 is intended to parallelize the light beams. However, this is not fully achieved in practice. As indicated in Fig. 4, a divergence remains. The divergent light beams transmitted by the yarn strike the glass sheet 39. The microlenses incorporated in the glass sheet 39 concentrate the light in the sensor 38.