CN101878439B - 对纵向移动纱线中的杂质进行光学检测的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对纵向移动的纱线(13，23，33)中的杂质尤其是外来纤维进行光学检测的设备，该设备包括白光二极管(11，21，31)和用于测量从纱线反射的光的至少一个传感器(12，22)，白光二极管(11，21，31)沿纱线(13，23，33)的方向发射光并具有蓝光发射半导体元件和冷光转换元件，其中，光路(14，24)中存在光学滤波器(10，20，30)，该滤波器被设计用于减小蓝光的波长范围的强度而使可见光的较长波长范围的强度基本上不受影响。

Description

对纵向移动纱线中的杂质进行光学检测的设备
技术领域
本发明涉及对杂质进行光学检测的设备，尤其涉及一种对纵向移动纱线中的外来纤维进行光学检测的设备，该设备具有白光二极管和用于测量被纱线反射的光的至少一个传感器，其中，白光二极管沿纱线的方向发光并具有发射蓝光的半导体元件和冷光转换元件。
背景技术
DE 198 59 274 A1中公开了一般的装置。为了识别绳索状纺织材料中的外来材料，除了反射测量装置之外，该设备还要具有：光生成装置，其包括生成彩色单色光(优选地，蓝光)的发光二极管；和频率发生器，其优选地是荧光装置。该荧光装置(或者，更一般地表达为冷光装置)把单色蓝光转换成广谱较长波的光，因此所述光源发射的光总体上表现为白色的效果。例如，可以在EP 0 936 682 A1或DE 196 38 667 A1中找到关于所谓白光二极管的详细信息。
白光特别适合在用于识别外来材料的装置中充当光源。在发射波长范围非常窄的单色光的光源中，可能发生这样的情况，即特定外来材料不会引起任何亮度变化或者不会引起足够的亮度变化，因此，削弱了外来材料检测的可靠性。发射白光的其它光源(如激光、闪光灯或白炽灯)与白光二极管相比需要大得多的安装空间并且具有更高的能耗。
白光二极管由于生成白光的方法而在整个波长范围上没有任何恒定的强度分布，而是具有不同的由蓝光二极管发射的蓝光波长范围中的窄最大值和由冷光转换元件发射的较长波波长范围中的宽最大值。
冷光装置的集中度(concentration)或类型的变化导致能够在很宽范围内调整波长谱。然而，实际可用的白光二极管总是具有上述极值，蓝光波长中的最大值显著大于较长波范围中的最大值。NICHIA公司销售白光二极管。示例性的类型是型号NSCW100，其说明书可在因特网地址http：//www.nichia.com/specification/led-smd/NSCW100-E.pdf获得。蓝光范围中的波长谱表现出了比较长波范围中的波长谱的两倍还高的强度。
已经证明：白纤维(尤其是那些由丙烯酸树脂、聚酯或纤维胶制成的白纤维)特别强烈地反射蓝光，并且与纱线中存在杂质的情况相比，由结构引起的纱线反射程度的波动对测得的反射光的强度产生了更强烈的影响。因此，可能出现这样的情况：一些杂质或外来材料未被识别。
发明内容
因此，本发明的目的在于改进对纵向移动纱线中的杂质的识别。
根据本发明通过权利要求1的特征来实现该目的。本发明有益的改进之处是从属权利要求的主题。
为了实现该目的，在光路上布置了光学滤波器，该光学滤波器被设置为减小蓝光的波长范围的强度并使可见光的较长波长范围的强度基本上不受影响。
该光学滤波器以简单的方式使导致不能精确识别外来材料的蓝光的不同强度最大值减小，由此消除了反射信号中的噪声。
蓝光波长范围是430nm至490nm的区间。因此，原则上，490nm到可见光范围的结束处(大约780nm)的波长范围基本上会不受阻碍地穿过滤波器。然而，颜色之间的过渡是模糊的。另外，滤波器的透射度的骤变和100％的透射度实际上是不可实现的。因此，在根据本发明的设备的优选实施方式中，滤波器对于520nm至720nm波长的透射程度为大于80％。
如果能够通过滤波器把蓝光波长范围内的强度最大值减小至少30％，将会比较有利。应该注意的是，白光二极管的蓝光的强度并非在整个蓝光波长范围上总是高的，而是在蓝光波长范围内有一个窄带最大值。该最大值的精确位置和相关强度取决于所使用的白光二极管。因此，很清楚的是，为了把蓝光的强度减小30％，滤波器的透射度并非相应地在整个蓝光波长范围中必须是70％，而是相应地适应于白光二极管的各个蓝光谱。
因为蓝光的强度值根据所使用的白光二极管而不同，所以在另一优选实施方式中，将滤波器构造成，使得蓝光波长范围中的强度最大值与较长波范围中的强度最大值相一致。对于白光二极管(如NSCW100)的典型光谱，这相当于把蓝光的强度减小了50％到60％。
检测宽波长范围中的光的强度的传感器并非在整个波长范围上有相同的灵敏度。因此，白光二极管、滤波器和传感器的光路应该彼此匹配。在本发明的优选结构中，光学滤波器的透射度和传感器测量由纱线反射的光的灵敏度被设置成，针对每个波长范围产生期望的滤波效果。
滤波器可以布置在白光二极管与纱线之间或者布置在纱线与用于测量由纱线反射的光的传感器之间。在这种情况下，由于滤波器作为薄层应用于各部件，所以滤波器可以集成到白光二极管或传感器中。
由载波层(carrier layer)上的多个薄层构成的干涉滤波器特别适合用作光学滤波器。如果光束穿过该滤波器，则在各层的分界面上透射和反射的光束部分发生干涉，因此在该滤波器的出口发生了某一波长的光束的消除和放大。
原则上，也可以使用传统的颜色滤波器，在这种颜色滤波器中，通过吸收来得到蓝光波长范围的减小。
如上所述，透射度为100％的光学滤波器实际上是不可实现的。为了避免透射波长范围中的不期望反射，光学滤波器可具有减反涂层。这增加了透射度。
在根据本发明的设备的优选结构中，光学滤波器具有用于使透射光发生漫射(diffuse)的装置。例如，光的漫射在这里可以通过滤波器的粗糙表面来实现。
为了对杂质进行光学检测，优选地沿纱线的方向发射平行光。为此，引导由光源发射的光通过漫射片(diffuser foil)。由漫射片发出的光尽可能地具有朗伯辐射体的性质。通过透镜可以使以这种方式制备的光平行。DE 10 2004 053 736 A1中描述了相应的装置。根据本发明，漫射片可以由光学滤波器来替代，该光学滤波器除了所期望的对波长范围进行滤波之外还实现了光的漫射。
附图说明
下面将借助于附图中示出的实施方式更详细地描述本发明，其中：
图1示出了作为波长函数的由白光二极管发射的光和滤波后的光的强度；
图2示出了作为波长函数的滤波器的透射度；
图3示出了根据本发明的设备的第一变型的简化图；
图4示出了根据本发明的设备的第二变型的简化图；
图5示出了具有发光二极管和补充光学系统的光源的图。
具体实施方式
图1示出的曲线图中的曲线1表示作为波长函数的由白光二极管发射的光的强度。该曲线给出了在大约470nm波长处的窄带最大值。这是激发冷光转换元件的蓝光的强度。曲线1还给出了由白光二极管的冷光转换元件发射的波长范围内的宽最大值。可以看出，蓝光波长范围中的最大值比较长波范围中的最大值的两倍还大。现在，要通过光学滤波器来减小蓝光波长范围中的最大值。图2中的曲线3示出了作为波长函数的滤波器的透射度。在500nm以下，换句话说，在蓝光波长范围中，透射度在50％以下，然后随着波长变大而增加，直到抵达至少大约100％。滤波后的光的强度被表示在图1的曲线2中。根据滤波器的透射度，蓝光波长范围中的强度的减小超过了50％。因此，蓝光的最大值与较长波范围中的最大值相一致。
图3和图4示出了根据本发明的设备的两个变型，它们被高度简化而仅限于重要元件。在图3中，白光二极管11沿纱线13的方向发射光。光在纱线上反射并由光电二极管12检测。因此，该光电二极管用作测量由纱线反射的光的传感器。光路用虚线14表示。在白光二极管11与纱线13之间的光路上布置了光学滤波器10。因此，根据这种结构，在光入射到纱线上之前减小了蓝光的比率(fraction)。类似于图3中的设备，图4中的白光二极管21沿纱线23的方向发射光，并且通过光电二极管22来检测由纱线反射的光。表示光路的虚线的标号为24。在这个实施方式中，光学滤波器布置在纱线23与光电二极管22之间。因此，一旦光被纱线23反射，就在这里减小蓝光比率，由此减小光电传感器的测量信号中由蓝光引起的噪声。
图5示出了具有光二极管31和光学系统38的光源的详细结构。在这个实施方式中，光学滤波器30集成在光学系统38中。该光源沿纱线33的方向发射光。
白光二极管31发射的光首先穿过光学滤波器30。一方面，该滤波器减小了光中的蓝光比率，另外，该滤波器由于其粗糙表面而导致透射光的漫射。结果，产生了至少接近于朗伯辐射体的辐射特性。由于光阑34的存在，光被集中并馈送至透镜35。经过透镜之后，各光束几乎是平行的。然后，在透镜与纱线之间还布置了另外的光阑36和玻璃板37。

Claims (12)

1.一种用于对纵向移动的纱线(13，23，33)中的杂质进行光学检测的设备，该设备具有白光二极管(11，21，31)和用于测量由所述纱线(13，23，33)反射的光的至少一个传感器(12，22)，所述白光二极管(11，21，31)沿所述纱线的方向发射光并具有发射蓝光的半导体元件和冷光转换元件，其特征在于：在光路(14，24)上布置有光学滤波器(10，20，30)，该滤波器被设置为减小蓝光的波长范围的强度而使可见光中波长大于蓝光波长的波长范围的强度基本上不受影响，其中，所述滤波器(10，20，30)对于520nm至720nm波长的透射度大于80％。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：蓝光波长范围中的强度最大值可以通过所述滤波器(10，20，30)减小至少30％。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：对所述滤波器进行调整，使得蓝光波长范围中的强度最大值与可见光中波长大于蓝光波长的所述波长范围中的强度最大值相一致。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述光学滤波器(10，20，30)的透射度和用于测量由所述纱线(13，23，33)反射的光的所述传感器(12，22)的灵敏度被设置为，使得对于每个波长范围都产生期望的滤波效果。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述滤波器布置在所述白光二极管与所述纱线之间。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述滤波器作为薄层被直接设置在所述白光二极管上。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述滤波器布置在所述纱线与用于测量由所述纱线反射的光的所述传感器之间。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述滤波器作为薄层被直接设置在所述传感器上。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述光学滤波器(10，20，30)被构造为干涉滤波器。
10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述光学滤波器(10，20，30)具有减反涂层。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述光学滤波器具有用于使透射光发生漫射的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于：所述用于使透射光发生漫射的装置是所述光学滤波器的粗糙表面。
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