CN105308439B - 在纺纱准备、轧棉或类似工序中识别异物或者杂质的设备 - Google Patents

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Abstract

在纺纱准备、轧棉或者类似工序中识别在纤维材料流(纤维束)，例如由棉花流中或者之间的异物或者杂质的设备中，能够借助于与探测装置(相机)配合作用的偏振光的光源照亮在纤维材料中或者之间的异物。为了能以结构上简单的方式实现颜色和偏振状态的可靠的识别，存在包括楔形棱镜的、用于在相机系统中使用以便识别颜色和偏振状态的分光装置，其中，一部分颜色信息能分离并且能利用图像传感器由至少一个波长范围识别并且剩余的波长范围能通过至少一个偏振分光层分成两个或者多个偏振状态并且能通过图像传感器识别。

Description

在纺纱准备、轧棉或类似工序中识别异物或者杂质的设备
技术领域
本发明涉及一种在纺纱准备、轧棉或者类似工序中识别在纤维材料流 (纤维束)，例如棉花流中或者之间的异物或者杂质的设备，在该设备中能够借助于与探测装置(相机)配合作用的偏振光的光源照亮在纤维材料中或者之间的异物。
背景技术
在运行光学地工作的检查设备时的问题在于区分良好的纤维材料与可能存在的颜色相同或者亮度相同的异物或者杂质。由文献DE 10 2008 031 199 A已知一种具有红外线光的使用、UV光(荧光效应)的使用或者偏振的透射光与UV光的组合使用的设备。文献DE10 2010 055 523 A描述了一种设备，在该设备中在检查位置处识别颜色信息和偏振状态，对此需要复杂的照明装置。
发明内容
本发明的任务在于，开发一种开始时描述的类型的设备，所述设备避免了所提到的缺点，所述设备特别是能以结构上简单的方式实现颜色和偏振状态的可靠的识别。
该任务的解决通过本发明实施例的特有的特征来进行。
通过使用包括楔形棱镜的分光装置的方式，其中，首先利用一个或者多个波长范围的图像传感器对一部分颜色信息进行分离和识别并且接着通过一个或者多个偏振分光层将剩余的波长范围分成两个或者多个偏振状态并且通过图像传感器识别该剩余的波长范围，以结构上简单并且有利的方式实现颜色和偏振状态的可靠的识别。
本发明包括一种用于具有分光计的4个传感器的相机的有利的设备，该设备同时识别光的颜色信息和光的线性的偏振状态并且在此在相同的波长范围内工作。
优选实施例包含本发明的有利的进一步扩展方案。
优选可以将纤维材料设置在由玻璃或者类似物制成的通道中。
优选可以通过通道气动地运输纤维材料或者备选地将纤维材料设置在运输带上。
另一种改善形式可以通过如下方式达到，即，纤维材料设置在辊，例如拍打辊上。在此，辊可以快速地旋转。
优选探测装置可以构成为线阵相机。备选地，作为矩阵相机的构成方式是可能的。
探测装置优选可以包括光传感器。
优选可以利用颜色进行探测。
在另一种构造形式中可以利用黑/白进行探测。
一种改善形式可以通过如下方式进行，即，在光源和纤维材料之间设置有起偏器。
优选可以存在一种光源，该光源发射偏振光。
优选起偏器可以集成在光源上或者内部。
另一种改善形式可以通过如下方式进行，即，在纤维材料和探测装置之间设置有检偏器。
在此，可以存在一种探测器，该探测器也作用为检偏器。
优选检偏器可以集成在探测器上或者内部。
优选可以在光路中设置有反射光的元件。
优选可以在光路中设置有折射光的元件。这些元件可以构成为反光镜、棱镜或者透镜。
优选评价装置连接在用于去除(分离)异物的装置下游。
优选评价装置和去除装置(分离装置)可以通过控制装置或者切换装置相互电连接。
在此，所述设备设置在清洁设备下游。
优选所述设备可以设置在梳棉机中或者梳棉机下游。
备选地，所述设备设置在异质纤维分离器下游。
另一种改善形式可以通过如下方式达到，即，为了识别而考虑各向异性，例如异物的双折射作用。
优选可以为了识别而考虑异物的选择吸收特性(二向色性)。
优选可以为了识别而考虑异物的光学活性特性(旋光色散)。
在此，探测装置可以基于其分辨率能够区分平面状的异物与纤维状的异物。
另一种改善形式可以通过如下方式达到，即，光源设计作为照明工作宽度用的线性照明装置。
在此，包括多个相互排成行的单独光源的光源可以设计用于照明工作宽度。
备选地，光源可以包括单独的，例如点状的光源，该光源通过投影设备制造工作宽度的照明。
优选光源的光可以通过反射器或者透镜聚焦到要检查的表面上。
优选光源可以包括滤光镜，该滤光镜阻止所有非期望的波长并且因此仅允许UV光通过。
优选可以垂直地或者倾斜地设置通道。
优选可以通过通道由上向下或者由下向上运输纤维材料。
优选设置在清棉辊下游的设备不直接设置在清棉辊的输出区域中。
优选设置有在纺纱准备、轧棉或者类似工序中用于在纤维材料流(纤维絮)，例如棉花流中或者之间的识别颜色相同或者亮度相同的异物或者杂质的设备，在所述设备中能够借助于与探测装置(相机)配合作用的偏振光的光源照亮在纤维材料中或者之间的异物，其中，存在包括楔形棱镜的、用于在相机系统中使用于识别颜色和偏振状态的分光装置，其中，一部分颜色信息能分解并且能利用图像传感器由至少一个波长范围识别并且剩余的波长范围能通过至少一个偏振分光层分成两个或者多个偏振状态并且能通过图像传感器识别。
附图说明
以下借助于图示的实施例更详细地阐述本发明。
图中：
图1示意性地示出4个传感器的相机的按照本发明的实施方式的分光棱镜，以及
图2示意性地示出光在按照图1的分光棱镜上的分解；
图3示出具有多于一个探测装置的设备；
图4示出在具有连续的输送箱的机器中的探测装置与随后的分离设备的集成；
图5示出按照本发明的设备在开松辊下游的直接集成，以及
图6示出在开松辊下游的检查位置的安装。
具体实施方式
图1示例性地示出4个传感器的相机的按照本发明的实施方式的分光棱镜4，该4个传感器的相机排除上面提到的缺点并且负责可以不仅将光的颜色信息而且将光的偏振状态一起应用在设备或者相机中。
包括4个楔形棱镜的分光棱镜4通过基座3紧固在相机前面板2上。相机的镜头1从另一侧面装配在相机前面板上。镜头1将要观测的目标场景通过分光棱镜4投射到4个传感器5、6、7和8上。在这里示例性地选择CCD 线阵传感器作为所述传感器，所述CCD线阵传感器沿着其纵向轴线分别在分光棱镜4的4个出射面9、10、11和12之一上设置并且相互校准。
现在，图2示出光在分光棱镜4上的分解。射入到入射面13上的由红色波长范围R、绿色波长范围G和蓝色波长范围B组成的白光W在这里借助于在光轴线14上的光线示例性地示出，该白光穿过棱镜15直至遇到二向色的滤光层22。在那里反射出光的蓝色部分B，从而光在入射面13上全反射之后在进一步的过程中在出射面12上射出并且在那里作为示例性示出的蓝色光线26投到线阵传感器8上。剩余的光穿过设置在棱镜15和16之间的空隙19，接着射入到棱镜16中并且穿过该棱镜直至滤光层23。现在，光的红色部分在滤光层23上被反射，在进一步的过程中在空隙19处通过朝向出射面9的方向的全反射被转向并且在那里作为示例性示出的红色光线27 遇到传感器5。现在，在滤光镜23之后仅还剩余绿色波长的光。现在，绿色波长的光在进一步的过程中朝向其两个偏振方向s和p分解。此外，该绿色波长的光在穿过棱镜17之后投到偏振分光层24上，在那里反射出光的s偏振的部分并且让光朝向棱镜18的方向的p偏振的部分通过。s偏振的部分 Gs在出射面10上作为示例性示出的光线28射出并且在那里照亮传感器6。作为光线29示例性示出的、剩余的p偏振的部分Gp穿过棱镜18并且在出射面11上射出，此后投到传感器7上。
图像传感器5、6、7和8接通到(未示出的)信号预处理装置或者图像评价装置上。因为所述传感器相互精确地校准，则图像信息在空间上的配位与图像点一致。因此，在评价装置中原始的绿色信息G可以通过Gs通道与 Gp通道相加完全重建。G＝Gs+Gp。因此，人们利用4个传感器一方面获得完整的颜色信息R、G和B并且也获得偏振信息Gs和Gp。
红色和蓝色的波长范围对于偏振状态的确定不是必需的，但是对于颜色是必需的。只有通过首先对红色和蓝色的波长范围进行波长分解的方式，偏振分光层24的设计才可能是合理的。
当与已知的4个传感器结构(如例如在文献US 5777673中描述的那样) 不同地、在棱镜16和17之间的边界面20处未设有空隙并且因此光线28的路径在偏振分光层24之后没有再次通过全反射转向时，才获得分光棱镜的一种有利的设计。于是，显著地更自由地选择入射角30并且该入射角可以选择明显大于通常的45°，这有利于偏振分光层24的设计。如果光线28与之相反地在棱镜16和17之间的空隙处再次转向(见文献US 5777673)，则得出明显小于45°的入射角30，这又不利于有效的分光层24的设计。
当在图1中的整个棱镜段I尽可能小时，附加地存在一种分光棱镜4的有利的设计，因为小的棱镜段有利于镜头1的设计。但是不可以随意缩小设计棱镜，因为该结构空间必须存在用于传感器5、6、7和8的间隔。当由出射面9、10、11和12射出的光线26、27、28和29分离、亦即相互分开射出并且至少两个楔形棱镜同时相互对称，例如在图2中示出的楔形棱镜16与17和/或楔形棱镜11与15那样时，才能达到最佳的小的棱镜段。
在通道宽度很大时可以在工作宽度上有利地分配多个按照图1至2的探测装置，使得每个探测装置仅负责通道的一个区段。但是，对于每个区段可以利用仅一个探测器和评价单元来实现两种识别方法。
图3示出一种来自以垂直于视图平面的材料运输方向的视线方向的这样的布置，在该布置中并排地设置多个探测装置36以便覆盖大的工作宽度。以37标记照明模块。附图标记38例如示出一种评价单元，多个探测装置接通到评价单元上。
图4示出按照图1至3的在具有连续的输送箱50的机器中的探测装置与随后的分离设备集成。所述探测装置允许利用偏振的透射光识别透明的或者部分透明的或者荧光的异物。对此使用相机36。经由喷嘴梁43将经识别的异物由检查位置34运输到废料室46中，这些异物由废料室通过叶轮闸门 47运输离开机器。
图5示出按照图1至3的探测装置在开松辊49，例如清洁机器R的下游的直接集成。垂直地设置气动的进给轴50。
图6示出检查位置在水平设置的气动的输送管路51在开松辊49下游的安装。

Claims (40)

1.在纺纱准备或者轧棉中识别在纤维材料流中或者之间的异物或者杂质的设备，在所述设备中能够借助于与探测装置配合作用的偏振光的光源照亮在纤维材料中或者之间的异物，其特征在于，存在包括楔形棱镜(15、16、17、18)的、用于在相机系统中使用以便识别颜色和偏振状态的分光装置(4)，其中，一部分颜色信息是可由所述分光装置分解的并且能利用图像传感器(5、8)由至少一个波长范围识别，并且剩余的波长范围能通过所述分光装置的至少一个偏振分光层(24)分成两个或者多个偏振状态并且能通过图像传感器(6、7)识别。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述偏振分光层(24)设计具有大于45°的入射角(30)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在不需要分散偏振方向的第一波长范围分解之后在楔形棱镜之间不设有其他空隙。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少两个所使用的楔形棱镜相互对称。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在不同的偏振状态下分离并且识别的图像信息通过计算重新组合成完整的颜色信息。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，对于其中一个波长范围的非偏振光所需要的传感器与用于另一个波长范围的偏振光的传感器一起设置到壳体中。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，为了覆盖大的工作宽度，多个探测装置区段式地平行地并排地工作。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备具有相机准线，该相机准线为了减少结构空间通过反光镜或者棱镜折叠。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述探测装置包括评价装置。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相机具有作为检偏器的偏振滤光镜。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相机具有滤光镜，该滤光镜阻止UV光和/或红外线光的透射。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，将沿运输方向设置在探测区域下游的分离设备接通到评价装置上以用于分离外来物。
13.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述光是线性地偏振。
14.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述光是圆周形地偏振。
15.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述光是椭圆形地偏振。
16.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，用于偏振光的光源和探测装置设置在纤维束的不同侧面上。
17.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，为了识别而进行反射抑制。
18.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述纤维材料流包括纤维束。
19.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述纤维材料流包括棉花流。
20.根据权利要求1至12之一所述的设备，其特征在于，所述探测装置包括相机。
21.在纺纱准备或者轧棉中识别在纤维材料流中或者之间的颜色相同或者亮度相同的异物或者杂质的设备，在所述设备中能够借助于与探测装置配合作用的偏振光的光源照亮在纤维材料中或者之间的异物，其特征在于，存在包括楔形棱镜的、用于在相机系统中使用于识别颜色和偏振状态的分光装置，其中，一部分颜色信息能由所述分光装置分解并且能利用图像传感器由至少一个波长范围识别并且剩余的波长范围能通过所述分光装置的至少一个偏振分光层分成两个或者多个偏振状态并且能通过图像传感器识别。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述偏振分光层(24)设计具有大于45°的入射角(30)。
23.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，在不需要分散偏振方向的第一波长范围分解之后在楔形棱镜之间不设有其他空隙。
24.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，至少两个所使用的楔形棱镜相互对称。
25.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，在不同的偏振状态下分离并且识别的图像信息通过计算重新组合成完整的颜色信息。
26.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，对于其中一个波长范围的非偏振光所需要的传感器与用于另一个波长范围的偏振光的传感器一起设置到壳体中。
27.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，为了覆盖大的工作宽度，多个探测装置区段式地平行地并排地工作。
28.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述设备具有相机准线，该相机准线为了减少结构空间通过反光镜或者棱镜折叠。
29.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述探测装置包括评价装置。
30.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述相机具有作为检偏器的偏振滤光镜。
31.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述相机具有滤光镜，该滤光镜阻止UV光和/或红外线光的透射。
32.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，将沿运输方向设置在探测区域下游的分离设备接通到评价装置上以用于分离外来物。
33.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，所述光是线性地偏振。
34.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，所述光是圆周形地偏振。
35.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，所述光是椭圆形地偏振。
36.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，用于偏振光的光源和探测装置设置在纤维束的不同侧面上。
37.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，为了识别而进行反射抑制。
38.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，所述纤维材料流包括纤维束。
39.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，所述纤维材料流包括棉花流。
40.根据权利要求21至32之一所述的设备，其特征在于，，所述探测装置包括相机。
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