DE19859274A1 - Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in strangförmigen textilen Material - Google Patents
Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in strangförmigen textilen MaterialInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in strangförmigem textilen Material, wie Faserbändern oder Garn, mit einer Weißlicht-LED D(1). Die Farberkennung erfolgt über mehr als zwei Farbstützpunkte. Mit der Vorrichtung wird das Erkennen von Fremdstoffen im Textilmaterial verbessert. DOLLAR A Die Vorrichtung wird in Kombination mit einem Garnreiniger in Spinn- oder Spulmaschinen betrieben.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von
Fremdstoffen in strangförmigem textilen Material wie
Faserbändern oder Garn, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der EP 0 643 294 A1 ist es bekannt, zur Detektion von
Fremdstoffen in einem textilen Material das Prüfgut zu
beleuchten und das vom Prüfgut reflektierte Licht zu messen,
wobei aus einer Änderung des reflektierten Lichts auf das
Vorhandensein eines Fremdstoffes geschlossen wird. Zur
Detektion von Fremdstoffen, die dunkler sind als das Prüfgut,
wird das Prüfgut vor einem hellen Hintergrund auf einem Sensor
abgebildet, zur Detektion von helleren Fremdstoffen vor einem
dunklen Hintergrund. Als Beleuchtungselemente werden
Leuchtdioden einer bestimmten Farbe, wie grün oder rot,
verwendet. Für Leuchtdioden ist die Kurzbezeichnung "LED"
gebräuchlich. Falls das von der Leuchtdiode emittierte Licht
nicht ausreicht, um den Faden bei der verlangten
Fadengeschwindigkeit ausreichend zu beleuchten, werden
Beleuchtungselemente eingesetzt, die eine höhere Lichtmenge
emittieren, wie Laser, Blitzlampen oder Glühlampen. Als
alternative Maßnahme zur Verstärkung des emittierten Lichtes
wird beschrieben, die Anzahl der LED zu vergrößern und mehrere
LED einer bestimmten Farbe zu einer sogenannten LED-Multi
chipanordnung zusammenzufassen. Die Änderung des
reflektierten Lichtes, aus der auf das Vorhandensein eines
Fremdstoffes geschlossen wird, besteht in einer Änderung der
Gesamthelligkeit des reflektierten Lichtes. Die in der
EP 0 643 294 A1 beschriebene Vorrichtung weist jedoch Nachteile
auf. Da Leuchtdioden einer bestimmten Farbe, wie grün oder rot,
mit einem sehr schmalen Wellenlängenbereich arbeiten, kann es
vorkommen, daß bestimmte Fremdstoffe keine oder keine
ausreichende Helligkeitsänderung verursachen und dadurch die
Zuverlässigkeit der Fremdstoffdetektion beeinträchtigt wird.
Beleuchtungselemente mit einem breiteren Lichtspektrum wie
Laser, Blitzlampen oder Glühlampen oder von einer LED-Multi
chipanordnung anstelle einer einzigen LED benötigen mehr
Teile und erheblich größeren Bauraum. Bauraum steht jedoch bei
derartigen Sensoren, wie zum Beispiel Garnsensoren, nur in sehr
begrenztem Umfang zur Verfügung. Der Energieverbrauch einer
beispielsweise alternativ zu einer einzigen LED eingesetzten
Glühlampe ist deutlich höher.
Die WO 98/33061 A1 beschreibt den Einsatz von unterschiedlichen
Farben oder Wellenlängen. Unterschiedliche Farben oder
Wellenlängen sollen verhindern, daß kontaminierende Fremdkörper
im Prüfgut nur schwer oder gar nicht detektiert werden können.
Auch der WO 98/33061 A1 ist zu entnehmen, daß es vorkommen
kann, daß die Lichtstärke einer einzelnen LED nicht
zufriedenstellend ist und zur Verstärkung der emittierten
Lichtmenge und damit zur Verstärkung des elektro-optischen
Signals anstelle einer einzigen LED eine Mehrzahl von LED
eingesetzt werden sollte. Der Einsatz einer Vielzahl von
Beleuchtungselementen oder der Einsatz von
Beleuchtungselementen, die Licht mit hoher Intensität
emittieren wie zum Beispiel Lichtbogenlampen, erfordert, wie
bereits oben ausgeführt, zusätzliche Bauteile und und einen
erheblichen Teil des bei einem Garnsensor nur sehr begrenzt zur
Verfügung stehenden Bauraumes. Die in der WO 98/33061 A1
beschriebene Vorrichtung arbeitet mit einer Messung der
Gesamthelligkeit des reflektierten Lichtes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erkennung
von Fremdstoffen in strangförmigem textilen Material durch
Einsatz geeigneter Mittel zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Eine farbiges monochromes Licht erzeugende Leuchtdiode mit
Frequenztransformator, die Weißlicht emittiert, wird als
weißleuchtende Ein-Chip-LED bezeichnet und nachfolgend
Weißlicht-LED genannt. Die Weißlicht-LED emittiert Licht mit
einer wesentlich höheren Intensität als bisher bekannte LED.
Gleichzeitig besitzt dieses Licht ein breites
Emissionsspektrum. Auf zusätzliche Leuchtdioden zur Verstärkung
des Lichtes kann verzichtet werden. Auch die Verwendung von
Anordnungen zusätzlicher Beleuchtungselemente, die Licht
anderer Farbe emittieren, erübrigt sich. Gegenüber
herkömmlichen Beleuchtungselementen mit einem breiten
Wellenlängenspektrum, wie zum Beispiel Glühlampen, beträgt die
Lebensdauer einer Weißlicht-LED bis zum 20-fachen der
Lebensdauer einer Glühlampe. Die Weißlicht-LED benötigt
wesentlich weniger Bauraum als Laser, Blitzlampen oder
Glühlampen. Meßfehler, wie sie beim Einsatz von mehr als einer
LED durch unterschiedlich schnell verlaufendes Nachlassen der
Intensität, sogenannter Alterung, des jeweils von einer LED
emittierten Lichtes entstehen, werden beim Einsatz einer
einzigen Weißlicht-LED vermieden. Die Alterung einer einzigen
eingesetzten Weißlicht-LED kann auf relativ einfache Weise
durch eine Kompensationseinrichtung ausgeglichen werden, die
eine Regelung des zugeführten Stromes vornimmt und die
Lichtintensität konstant hält. Dazu wird die Intensität des von
der Weißlicht-LED emittierten Lichtes durch einen Sensor
überwacht.
Auch fabrikneue LED emittieren jeweils Licht unterschiedlicher
Intensität. Um fehlerhaften Messungen vorzubeugen, werden LED
nach Lichtintensität in Klassen selektiert und nur LED aus
klassengleicher Intensität zusammen eingesetzt. Eine derartige
aufwendige Selektion kann beim Einsatz einer Weißlicht-LED
entfallen.
Die auftretenden Unterschiede im Licht beim Vergleich mehrerer
Weißlicht-LED sind wesentlich geringer als bei herkömmlichen
LED. Damit ist die Reproduzierbarkeit der Messungen beim
Austausch einer LED verbessert. Bei einer Weißlicht-LED, deren
lichterzeugende Leuchtdiode als farbiges monochromes Licht
Blaulicht liefert, nähert sich das Wellenlängenspektrum des
emittierten Lichtes der Zusammensetzung von Sonnenlicht, zum
Beispiel hat es wie das Sonnenlicht einen ausgeprägten Anteil
an Blaulicht, und ist daher für die Beurteilung von textilem
Material besonders geeignet. Weißlicht-LED emittieren ein sehr
homogenes Licht, das gut zu Meßzwecken einsetzbar ist.
Eine Weißlicht-LED, bei der die Leuchtdiode, der
Frequenztransformator und eine Linse in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet sind, benötigt außerordentlich wenig
Bauraum, läßt sich leicht ein- und ausbauen und die einzelnen
Bauelemente sind vor mechanischer Einwirkung und Verschmutzung
besonders gut geschützt. Ein Frequenztransformator aus einem
Epoxydharzformstoff mit darin verteilten Leuchtstoffpigmenten
läßt sich einfach und vielseitig ausbilden und positionieren.
Während Naturfarben einen weitgestreuten Reflexionsbereich
aufweisen, trifft man bei Pigmentfarbstoffen die Reflexion fast
einwelliger Strahlung an. Eine sichere Farberkennung und eine
zuverlässige Messung sind nur durch Beaufschlagen mit Licht
jeweils ganz bestimmter Wellenlänge möglich. Das Licht einer
LED bestimmter Farbe und gegebenenfalls bei einer sogenannten
Zweifarben-LED das Licht einer zusätzlichen LED in einer
anderen bestimmten Farbe decken das erforderliche
Wellenlängenspektrum für die Erkennung von Pigmentfarben nur
unzureichend ab. Die Weißlicht-LED verbessert die Anregung der
Reflexionsstrahlung bei Pigmentfarbstoffen. Dadurch wird der
Einsatzbereich erweitert und die Farberkennung beziehungsweise
die Messung verbessert.
Eine Messung der Differenz in der Intensität der Spektren von
Rotlicht und Grünlicht, von Blaulicht und Grünlicht sowie von
Rotlicht und Blaulicht, wie sie mit drei Farbstützpunkten
möglich ist, läßt auftretende Abweichungen von Farbwerten sowie
ein Abdriften beziehungsweise Wandern der Farbwerte erkennen.
Gleichzeitig kann ein Summenhelligkeitssignal gebildet werden,
das ebenfalls ausgewertet wird, um Abweichungen festzustellen.
Die detektierten Meßwerte werden auf Merkmale untersucht, die
auf das Auftreten von Fremdstoffen wie Fremdfasern oder
Schalenfragmenten schließen lassen. Fremdfasern sind zum
Beispiel anders farbig beziehungsweise reagieren anders auf
Färbemittel oder weisen ein anderes Reflexionsverhalten der
Oberfläche auf. Eine Farberkennung über mehr als zwei,
vorzugsweise drei Farbstützpunkte ermöglicht eine wesentlich
genauere Messung und Auswertung und ergibt eine genaue
Farbauflösung und eine hohe Zuverlässigkeit des Meßergebnisses.
Damit sind auch Farbänderungen erkennbar, die bisher im
Toleranzbereich der Schwankungen der Meßwerte lagen und daher
nicht als Farbänderung erkannt wurden. Mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf Schwankungen sensitiver
reagiert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Darstellungen der
Figuren entnehmbar.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung zur
Fremdkörpererkennung mit einer Weißlicht-LED,
Photosensoren und einer Auswerteeinrichtung,
Fig. 2 die Prinzipdarstellung einer Schaltung zur Auswertung
der Meßergebnisse.
Die Meßeinrichtung der Fig. 1 weist eine Weißlicht-LED 1, einen
Faden 2 und als Photosensor ausgebildete Sensoren 3, 4, 5 auf.
Die Weißlicht-LED 1 besteht aus einer Baueinheit mit einem
Gehäuse 6, einer über die Stromleiter 7, 8 mit einer nicht
dargestellten Spannungsquelle verbundenen, als LED-Chip
ausgebildeten Leuchtdiode 9, einem Frequenztransformator 10 und
einer Linse 11. Die Leuchtdiode 9 erzeugt einfarbiges Licht, im
Ausführungsbeispiel blaues Licht, das vom
Frequenztransformator 10 konvertiert und als Weißlicht mit
einem breiten Wellenlängenspektrum, das aus einer Mischung von
blauer Strahlung und gelber Konverterstrahlung besteht, durch
die Linse 11 in Richtung des Fadens 2 emittiert wird. Der
Frequenztransformator 10 besteht aus einem Epoxydharzformstoff
mit darin verteilten Leuchtstoffpigmenten. Die
Leuchtstoffpigmente sind in ihrer Zusammensetzung auf das von
der Leuchtdiode 9 erzeugte Licht abgestimmt.
Das auf den Faden 2 auftreffende Licht wird von der Oberfläche
des Fadens 2 reflektiert. Die Sensoren 3, 4 erfassen das jeweils
auf sie auftreffende Reflexlicht und wandeln es in ein der
Reflexlichtstärke beziehungsweise der Reflexlichtintensität
proportionales Signal um, das über die Leitungen 12, 13 einer
Signalverarbeitungsanlage 14 zugeführt wird. Die
Signalverarbeitungsanlage 14 wertet die eingehenden Signale
aus. Die Auswertung basiert im wesentlichen auf den gemessenen
Intensitätswerten. Veränderungen der Intensität des
Reflexlichtes beziehungsweise das Überschreiten mindestens
eines Schwellwertes lassen darauf schließen, daß Fremdkörper im
Faden 2 vorliegen.
Eine verbesserte Farberkennung wird durch den Einsatz eines
dritten als Photosensor ausgebildeten Sensors 5 erzielt, der in
der Fig. 1 gestrichelt dargestellt und über die Leitung 15
ebenfalls mit der Signalverarbeitungsanlage 14 verbunden ist.
Der Sensor 5 ist etwas tiefer angeordnet als die Sensoren 3, 4,
damit er nicht den Strahlengang des Lichtes von der Weißlicht-LED
1 zum Faden 2 behindert. Die Leitung 16 dient zur
Kommunikation der Signalverarbeitungsanlage 14 mit
Datenverarbeitungs- oder anderen Signalverarbeitungsanlagen
oder zur Steuerung eines nicht dargestellten Garnreinigers.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung werden die Signale
von drei Sensoren 17, 18, 19 ausgewertet, wobei die drei
Sensoren 17, 18, 19 in unterschiedlichen Bereichen spektrale
Empfindlichkeit aufweisen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2
liegt die spektrale Empfindlichkeit des Sensors 17 im Bereich
Rotlicht, des Sensors 18 im Bereich Grünlicht und des Sensors
19 im Bereich Blaulicht. Den Sensoren 17, 18, 19 folgt eine
Subtraktionsstufe. Das von dem jeweiligen Sensor 17, 18, 19
emittierte Farbsignal wird über die zugeordnete
Leitung 20, 21, 22 den Differenzsignalelementen 23, 24, 25
zugeführt. Dabei ist der Sensor 17 über die Leitung 20 mit den
Differenzsignalelementen 23 und 24, der Sensor 18 über die
Leitung 21 mit den Differenzsignalelementen 23 und 25 und der
Sensor 19 über die Leitung 22 mit den
Differenzsignalelementen 24 und 25 verbunden. Das
Differenzsignalelement 23 empfängt ein Farbsignal vom
Sensor 17, das proportional der Intensität des detektierten
Rotlichtes ist sowie ein Farbsignal vom Sensor 18, das
proportional der Intensität des detektierten Grünlichtes ist.
Die Differenz in der Lichtintensität von Rotlicht und Grünlicht
wird ermittelt und als Farbdifferenzsignal dem
Hochpassfilter 26 zugeleitet. Der Hochpassfilter 26 läßt
hochfrequente Farbdifferenzsignale durch und sperrt
niederfrequente Farbdifferenzsignale und dient somit der
Unterdrückung konstanter oder niederfrequenter Differenzen.
Nach Passieren des Hochpassfilters 26 wird das
Farbdifferenzsignal in einem Komparator 29 daraufhin überprüft,
ob ein vorgegebener, einstellbarer Schwellwert überschritten
ist. Ist dies der Fall, wird ein Fehlersignal generiert und dem
Schaltelement 32 zugeleitet. Die Messung der Differenz zwischen
der Intensität der Farbsignale von Rotlicht und Blaulicht sowie
von Blaulicht und Grünlicht erfolgt gleichzeitig und auf
gleiche Weise wie die Messung der Differenz der Intensität der
Farbsignale von Rotlicht und Grünlicht.
Das Schaltelement 32 enthält eine Oder-Schaltung und überprüft,
ob vom Komparator 29 oder vom Komparator 30 oder vom Komparator
31 ein Fehlersignal vorliegt. Liegt das Fehlersignal von
mindestens einem Komparator 29, 30, 31 vor, wird ein
Fremdkörpersignal generiert. Die vom Schaltelement 32
ausgeführte Funktion wird auch als Oderierung der Fehlersignale
zu einem Fremdstoffsignal bezeichnet. Bei Vorliegen eines
Fremdstoffsignals kann, zum Beispiel durch die
Signalverarbeitungsanlage 14 über die Leitung 10, die
Schneidvorrichtung des Garnreinigers aktiviert und/oder andere
geeignete Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der gewünschten
Garnqualität eingeleitet werden.
Weitere hier nicht erläuterte Einzelheiten von Aufbau und
Wirkungsweise weißleuchtender Ein-Chip-LED können der
Veröffentlichung "Langlebige Beleuchtung mit hohem
Wirkungsgrad" aus Components 5/98 entnommen werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in
strangförmigem textilen Material wie Faserbändern oder
Garn, mit Mitteln zur Lichtgenerierung und zur
Beaufschlagung des Materials mit Licht, zur
Reflexlichtmessung sowie zur Auswertung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zur Lichtgenerierung und zur Beaufschlagung
des Materials mit Licht eine farbiges monochromes Licht
erzeugende Leuchtdiode (9) und einen
Frequenztransformator (10) aufweist, mit dem das Spektrum
des emittierten Lichtes in Weißlicht umwandelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das monochrome Licht blaues Licht ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (1), der
Frequenztransformator (10) und eine Linse (11) Teil einer
Weißlicht-LED (1) und in einem gemeinsamen Gehäuse (6)
angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenztransformator (10)
ein Fluoreszenzmittel ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenztransformator (10)
aus einem Epoxydharzformstoff mit darin verteilten
Leuchtstoffpigmenten besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur
Reflexlichtmessung aus mehr als zwei Sensoren (3, 4, 5;
17, 18, 19) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3, 4, 5; 17, 18, 19)
zur Reflexlichtmessung zur Farberkennung ausgebildet sind
und die Farberkennung über mehr als zwei Farbstützpunkte
erfolgt.
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