CH704296B1 - Vorrichtung zum Erkennen von Fremdteilen aus Kunststoff, insbesondere Polypropylenbändchen, -gewebe und -folien in oder zwischen Faserflocken. - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erkennen von Fremdteilen aus Kunststoff, insbesondere Polypropylenbändchen, -gewebe und -folien in oder zwischen Faserflocken, z.B. aus Baumwolle, in der Spinnereivorbereitung, umfasst Beleuchtungseinheiten (7, 8, 9, 11, 13) zur Beleuchtung der Faserflocken (4) und der Fremdteile (5) zum einen mit unpolarisiertem Licht aus einem Wellenlängenbereich und gleichzeitig mit polarisiertem Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich. Die Beleuchtungseinheiten (7, 8, 9, 11, 13, 25) sind so ausgebildet und angeordnet, dass das unpolarisierte Licht und das polarisierte Licht an Inspektionsstellen (2, 12) die Faserflocken (4) und die Fremdteile (5) zu beleuchten vermag. Die Vorrichtung umfasst zudem mindestens eine Kamera (6, 15, 16) zur Detektion des von den zwei Inspektionsstellen (2, 12) kommenden unpolarisierten und polarisierten Lichts. Die Inspektionsstellen (2, 12) können derart nahe beieinanderliegen, ohne dass eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Lichtarten stattfindet.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in der zum Erkennen von Fremdteilen aus Kunststoff, insbesondere Polypropylenbändchen, -gewebe und -folien in oder zwischen Faserflocken, gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Ein Problem beim Betrieb von optisch arbeitenden Fremdfaser- oder Fremdteilausscheidern in Spinnereivorbereitungsmaschinen für Baumwolle oder Chemiefasern besteht darin, dass diese helle, farblose oder transparente Kunststoffe (wie z.B. Verpackungsfolien oder Verpackungsgewebe aus Polyethylen oder Polypropylen) wegen des geringen optischen Kontrastes nur unzureichend oder gar nicht erkennen können.

[0003] Aus der DE 10 2008 031 199 A ist die Verwendung von polarisiertem Licht (Durchlicht) in Kombination mit der gleichzeitigen Bestrahlung mit UV-Licht (Auflicht) bekannt.

[0004] In der DE 10 347 240 A wurde bereits ein Verfahren beschrieben, wie mit Hilfe von polarisiertem Auflicht der Oberflächenglanz der Fremdteile bestimmt und zur Erkennung ausgewertet wird. Nachteilig hat sich gezeigt, dass diese Anordnung weder mit einer klassischen Farberkennung noch mit dem Verfahren mit polarisiertem Durchlicht in einer Inspektionsstelle wegen ihrer gegenseitigen Beeinflussung kombiniert werden kann. Auch die Schaffung einer weiteren Inspektionsstelle in einer Maschine stösst auf Grenzen, da Mindestabstände zwischen den einzelnen Inspektionsstellen zwecks Ausschluss einer gegenseitigen Behinderung eingehalten werden müssen und die Maschinen zu gross werden würden bzw. die Abstände zwischen der Erkennungs- und Ausscheidestelle zu gross werden, so dass die Teile nicht mehr ausgeschieden werden können bzw. zu viel Gutmaterial mit ausgeschieden wird.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen noch weiter zu verbessern. Insbesondere soll die Erkennung auch solcher Verpackungsmaterialien und Kunststoffabfälle in Fasermaterialien ermöglicht werden, welche nicht mit polarisiertem Licht erkennbar sind (nicht transparent) und auch nicht mit UV-Licht erkennbar sind (nicht fluoreszierend).

[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.

[0007] Dadurch, dass das Fasermaterial zum einen mit unpolarisiertem Licht aus einem Wellenlängenbereich beleuchtet und gleichzeitig mit polarisiertem Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich beleuchtet wird, ist die Erkennung auch solcher Verpackungsmaterialien und Kunststoffabfälle in Fasermaterialien ermöglicht, die weder mit polarisiertem Durchlicht (nicht transparent) noch mit UV-Licht (nicht fluoreszierend) erkennbar sind.

[0008] Die abhängigen Patentansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Gegenstand.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0010] Es zeigt: <tb>Fig. 1<SEP>eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, <tb>Fig. 2<SEP>eine Ausführungsform ähnlich wie Fig. 1 , bei der beide Sensoren der Kameras in einem gemeinsamen Kameragehäuse untergebracht sind, <tb>Fig. 3<SEP>eine Ausführungsform mit Kombination der Kanäle der Farbkamera mit den beiden infraroten Kanälen der Polarisationskamera in einem gemeinsamen Gehäuse, <tb>Fig. 4<SEP>eine Ausführungsform, bei der die Kamerasichtlinien über Spiegel gefaltet sind, <tb>Fig. 5<SEP>eine Ausführungsform mit mehreren Detektionsvorrichtungen nebeneinander mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung, <tb>Fig. 6<SEP>die mögliche Anordnung der Vorrichtung gemäss Fig. 1 bis 5 in einer Maschine mit durchgehendem Förderschacht und nachfolgender Ausscheidevorrichtung, <tb>Fig. 7<SEP>die mögliche Anordnung der Vorrichtungen gemäss Fig. 1 bis 5 nach einer Öffnungswalze, <tb>Fig. 8<SEP>Die mögliche Anordnung der Vorrichtungen gemäss Fig. 1 bis 5 , wobei die beiden Inspektionsstellen gegenüber Fig. 7 vertauscht sind, <tb>Fig. 9<SEP>die mögliche Anordnung einer Polarisationskamera an einer Öffnungswalze mit nachfolgender Ausscheidung und <tb>Fig. 10<SEP>die mögliche Anordnung beider Kameras nach der Öffnerwalze.

[0011] Fig. 1 zeigt einen Inspektionskanal 1 mit im Inspektionsbereich 2 transparenten Wänden 3, welcher von Faserflocken 4 und den zu detektierenden Fremdteilen 5 durchströmt wird. Zwei Kameras 6 schauen von jeweils einer Seite in den Kanal und treffen auf der gegenüberliegenden Seite auf ein Hintergrundblech 7 in Materialfarbe. Zur Beleuchtung werden z.B. Leuchtstoffröhren 8 eingesetzt, welche weisses unpolarisiertes Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich abstrahlen. Eine weitere Leuchtstoffröhre 9 beleuchtet das Hintergrundblech 7. Das von den Faserflocken 4 oder Fremdteilen 5 reflektierte Licht wird von den Kameras 6 aufgenommen und hinsichtlich Helligkeit und Farbe in der Auswerteeinheit 10 analysiert. Vorzugsweise vermag die Kamera hier das Licht in Kanälen im roten, grünen oder blauen Wellenlängenbereich aufzunehmen und separat weiterzuverarbeiten, im einfachen Fall ist aber auch die Verwendung von Schwarz-Weiss-Kameras möglich, wenn deren Empfindlichkeit auf den sichtbaren Teil des Spektrums zum Beispiel durch die Verwendung von Filtern eingeschränkt ist.

[0012] Mit einer oder mehreren weiteren Beleuchtungseinheiten 11, vorzugsweise linienförmig über die Arbeitsbreite angeordnet, wird nun zusätzlich an einer weiteren Inspektionsstelle 12 polarisiertes Licht auf das Fasermaterial aufgebracht. Das polarisierte Licht wird z.B. über Polarisationsfilter 13 erzeugt. Damit keine Beeinflussung der Farberkennung stattfindet, wird hier nun eine Wellenlänge aus dem nicht sichtbaren Teil des Spektrums verwendet, z.B. infrarotes Licht. Die Rot-, Grün- oder Blaukanäle der Kameras 6 reagieren nicht auf dieses Licht, so dass der Abstand der Inspektionsstellen 2 und 12 recht nahe beieinander gewählt werden kann. Das polarisierte infrarote Licht wird nun an glänzenden Kunststoffteilen 14 reflektiert und auf jeder Kanalseite von zwei weiteren Kameras 15 und 16 aufgenommen, welche ihrerseits nur empfindlich auf das infrarote Licht sind, nicht aber auf Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Mindestens eine dieser Kameras 15 hat einen weiteren Polarisationsfilter 17, welcher das reflektierte Licht (polarisiert) sperrt und nur die diffuse Reflexion (unpolarisiert) durchlässt. Die andere Kamera hat entweder keinen Polarisationsfilter oder einen Polarisationsfilter 35, welcher zum Polarisationsfilter 17 um 90° verdreht angeordnet wird. Der Vergleich der Signale dieser beiden Kameras 15 und 16 in einer Auswerteeinheit 18 zueinander liefert z.B. durch Differenzbildung ein Bild, welches den Glanzgrad der Oberfläche beschreibt. Glänzende Oberflächen deuten auf Kunststoffmaterialen hin und führen zu einer nachfolgend angeordneten Ausscheidung, während matte Oberflächen, z.B. Fasermaterial, nicht erkannt werden. Beide Kameras für den infraroten Wellenlängenbereich müssen sehr genau zueinander ausgerichtet werden, damit diese eine pixelsynchrone Abbildung auf beiden Signalen erzeugen.

[0013] Eine Abwandlung zeigt Fig. 2 , bei welcher beide Sensoren der Kameras 15 und 16 in einem gemeinsamen Kameragehäuse 19 untergebracht sind. Diese Sensoren werden hinter der gemeinsamen Optik 20 zueinander justiert oder stehen in einem räumlich festen Abstand zueinander, z.B. auf einem Chip. Hierdurch wird die Ausrichtung der Kameras vereinfacht, da nun nicht mehr beide Kameras zueinander justiert werden müssen. Der Polarisationsfilter 17 bzw. 35 ist ebenfalls in dem Gehäuse hinter der Optik angebracht. Alternativ erfolgt die Polarisierung in dieser Kamera über Prismen oder Glasoberflächen. Werden beiden Kanäle dieser Kamera jeweils mit einem eigenem Polarisationsfilter in orthogonal zueinander stehenden Richtungen ausgestattet, erhält man eine Kamera, mit welcher der Polarisationszustand des aufgenommenen Lichtes analysiert werden kann.

[0014] Fig. 3 zeigt die Kombination der Kanäle der Farbkamera mit den beiden infraroten Kanälen der Polarisationskamera in einem gemeinsamen Gehäuse 22. Es werden die Sensoren für die Helligkeits- bzw. Farberkennung der Kameras 6 zusammen mit den Sensoren für den Polarisationszustand der Kamera 19 hinter eine Optik gesetzt und zueinander justiert bzw. stehen in einem festen räumlichen Anordnung zueinander. Die Aufteilung des einfallenden Lichtes auf die einzelnen Sensoren erfolgt z.B. über Strahlteiler, Prismen oder Filter. Auch die Inspektionsstellen 2 und 12 und die Komponenten der Beleuchtungseinheiten 7, 8, 9, 11 und 13 werden nun zusammengezogen. Es wird an einer Inspektionsstelle 21 gleichzeitig mit weissem sichtbarem unpolarisiertem Licht und mit polarisiertem Licht ausserhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches beleuchtet. Die Auswerteeinheit 23 ist nun in der Lage, sowohl die Signale der Helligkeits- bzw. Farbsensoren als auch die Signale der bei auf infrarotem Licht empfindlichen Sensoren der Polarisationszustände zu verarbeiten.

[0015] Ein besonderer Vorteil zeigt sich nun hier, wenn für die Helligkeits- und Farberkennung eine Beleuchtung mit unpolarisiertem weissem Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und für die Beleuchtung mit polarisiertem Licht eine Beleuchtung mit infrarotem Licht verwendet wird. Eine Besonderheit der Farberkennung ist, dass sie unerwünscht auch weitere Bestandteile der Baumwolle wie Stengel und Blattreste erkennt und ausscheidet, da diese sehr kontrastreich und dunkel sind. Dies führt zu hohen Abfallmengen. Im infraroten Wellenlängenbereich werden diese Teile nun aufgrund ihrer Reflexionseigenschaften nun hell. Durch den Vergleich der Helligkeits- und Farbsignale mit mindestens einem der Infrarotsignale in einer Auswerteeinheit 23 kann nun die Erkennung und Ausscheidung dieser Stengel oder Blattreste vermieden werden.

[0016] Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Kamerasichtlinien zur Reduzierung des erforderlichen Bauraumes über Spiegel 24 gefaltet werden.

[0017] Bei grossen Kanalbreiten kann es vorteilhaft sein, mehrere Detektionsvorrichtungen nach Abbildung 1 bis 4 über die Arbeitsbreite so zu verteilen, dass jede nur für einen Abschnitt des Kanals zuständig ist. Aber auch hier gilt, dass je Abschnitt beide Erkennungsverfahren mit nur einem Detektor und einer Auswerteinheit realisiert werden können. Fig. 5 zeigt eine solche Anordnung, aus einer Blickrichtung mit Materialförderrichtung senkrecht zur Papierebene, in welcher mehrere Detektionsvorrichtungen 22 nebeneinander angeordnet sind, um die grosse Arbeitsbreite abzudecken. In den Beleuchtungseinheiten 25 sind die Komponenten 7, 8, 9, 11, 13 nach Fig. 3 zusammengefasst.

[0018] Fig. 6 zeigt die mögliche Anordnung der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 5 in einer Maschine mit durchgehendem Förderschacht und nachfolgender Ausscheidevorrichtung. Die Vorrichtung zum Erkennen von Fremdteilen wird mit einer Vorrichtung ergänzt, welche mit polarisiertem Durchlicht 28 in Kombination mit UV-Licht 27 transparente oder teiltransparente bzw. fluoreszierende Fremdteile zu erkennen vermag. Hierzu wird eine normale Farbkamera 26 verwendet. Über den Düsenbalken 29 werden erkannte Fremdteile aus den Inspektionsstellen 33 und 30 in den Abfallraum 31 befördert, von wo sie über eine Zellradschleuse 32 aus der Maschine befördert werden.

[0019] Fig. 7 zeigt die mögliche Anordnung der Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 5 hinter einer Öffnungswalze; Fig. 8 in einer Variante, bei welcher die beiden Inspektionsstellen vertauscht sind.

[0020] Fig. 9 zeigt die mögliche Anordnung einer Polarisationskamera 19 an einer Öffnungswalze mit nachfolgender Ausscheidung. Die Polarisationskamera 19 erkennt keine Helligkeits- oder Farbunterschiede, sondern lediglich Unterschiede im Glanzgrad, und vermag hierdurch Fremdteile zu erkennen, welche einen unterschiedlichen Glanzgrad aufweisen. Die farbigen Fremdteile werden mit der Kamera an der Inspektionsstelle nach der Öffnungswalze erkannt. Die transparenten und UV-empfindlichen Fremdteile wie auch die farbigen Fremdteile werden mit Hilfe des Düsenbalkens 29 ausgeschieden.

[0021] Fig. 10 zeigt die mögliche Anordnung beider Kameras 22 und 26 nach der Öffnungswalze.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erkennen von Fremdteilen aus Kunststoff, insbesondere Polypropylenbändchen, -gewebe und -folien in oder zwischen Faserflocken, z.B. aus Baumwolle, in der Spinnereivorbereitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Beleuchtungseinheiten (7, 8,9,11, 13, 25) umfasst zur Beleuchtung der Faserflocken (4) und der Fremdteile (5) zum einen mit unpolarisiertem Licht aus einem Wellenlängenbereich und gleichzeitig mit polarisiertem Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich, wobei die Beleuchtungseinheiten (7, 8, 9, 11, 13, 25) so ausgebildet und angeordnet sind, dass das unpolarisierte Licht und das polarisierte Licht an Inspektionsstellen (2, 12, 21, 33) die Faserflocken (4) und die Fremdteile (5) zu beleuchten vermag, sowie mindestens eine Kamera (6, 15, 16, 19, 22) zur Detektion des von den Inspektionsstellen (2, 12, 21, 33) kommenden unpolarisierten und polarisierten Lichts, und wobei die Inspektionsstellen (2, 12, 21, 33) derart nahe beieinanderliegen können, ohne dass eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Lichtarten stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsstellen räumlich so angeordnet sind, dass sie eine einzige Inspektionsstelle (21, 33) bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera Sensoren für das unpolarisierte Licht aus dem einen Wellenlängenbereich umfasst und Sensoren für das polarisierte Licht aus dem anderen Wellenlängenbereich, und dass die Sensoren für das unpolarisierte Licht aus dem einen Wellenlängenbereich und die Sensoren für das polarisierte Licht aus dem anderen Wellenlängenbereich in einem gemeinsamen Gehäuse (22) der mindestens einen Kamera angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten so ausgebildet sind, dass sie für das unpolarisierte Licht aus dem einen Wellenlängenbereich Wellenlängen aus dem sichtbaren Teil des Spektrums und für das polarisierte Licht aus dem anderen Wellenlängenbereich Wellenlängen aus dem infraroten Teil des Spektrums zu emittieren vermögen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer genannten Inspektionsstelle (21) mehrere Kameras (22) nebeneinander angeordnet sind zur Abdeckung einer grossen Arbeitsbreite.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Spiegel (24) oder Prismen umfasst, die so angeordnet sind, dass eine Kamerasichtlinie der jeweiligen Kamera (22) faltbar ist zur Reduzierung des Bauraumes.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine weitere Beleuchtungseinheit (27, 28) sowie eine weitere Kamera (26) umfasst, wobei die weitere Beleuchtungseinheit polarisiertes Durchlicht und UV-Licht zu emittieren vermag und so angeordnet ist, dass sie an einer weiteren Inspektionsstelle (30) die Faserflocken (4) und die Fremdteile (5) mit dem polarisierten Durchlicht und dem UV-Licht zu beleuchten vermag, um die Erkennungssicherheit von farblosen Fremdteilen zu maximieren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinheit (10, 18, 23) umfasst zur Auswertung des von der mindestens einen Kamera delektierten unpolarisierten und polarisierten Lichts.