DE19958993A1 - Anordnung zur zerstörungsfreien und berührungslosen Produktionsüberwachung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern in allen Bereichen der Faserproduktion mit Hilfe der Lichtstreuung - Google Patents
Anordnung zur zerstörungsfreien und berührungslosen Produktionsüberwachung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern in allen Bereichen der Faserproduktion mit Hilfe der LichtstreuungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, um mit Hilfe der Lichtstreuung in allen Bereichen der Faserproduktion wie Textil-, Kunststoff-, Keramik- oder Glasfasern eine schnelle berührungslose stationäre oder auch mobile Produktionsüberwachung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern zu ermöglichen. Des weiteren ist es möglich, mittels spektroskopischer Auswertung des gebeugten Lichtstrahls eine Aussage über die Struktur der Faser zu erhalten.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, um mit Hilfe der Lichtstreuung in allen
Bereichen der Faserproduktion wie Textil, Kunststoff, Keramik oder Glasfasern eine
schnelle Überwachung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern zu ermöglichen, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Lichtstreuung zur Bestimmung der Größe von Partikeln oder Partikelkollektiven ist weit
verbreitet. Bei diesem Verfahren wird der Zusammenhang zwischen der winkelabhängigen
Streulichtintensität und der Größe des Partikels, an dem das einfallende Licht gestreut wird,
verwendet.
Je nach Form und Größe der Partikel entstehen unterschiedliche Beugungsbilder. Im Fall
von kugelförmigen Teilchen entstehen radialsymmetrische teilchengrößenabhängige
Beugungsbilder, die mit der Hilfe der Fraunhofer-Näherung ausgewertet werden.
Als monochromatische Lichtquelle zur Erzeugung der Beugungsbilder wird in der Regel
Laserlicht eingesetzt. Der Laserstrahl wird über ein optisches System aufgeweitet und
durchstrahlt anschließend das Probenvolumen. An den Teilchen im Meßvolumen kommt es
dann zur Beugung des Laserlichtes. Jedes Teilchen erzeugt dabei ein für seine Größe und
Form charakteristisches Beugungsbild. Eine nachgeschaltete Fourierlinse sorgt dafür, daß
die Beugungsbilder unabhängig von der Position des Teilchens im Meßvolumen immer
dieselbe Position auf dem Detektor einnehmen.
Aus dem vorliegenden Streulichtmuster (Streulichtintensität in Abhängigkeit des
Streuwinkels) kann daher die Partikelgrößenverteilung abgeleitet werden. Die
Streulichtmuster unterschiedlicher Partikel überlagern sich linear, d. h. das Streulichtmuster
einer Mischung unterschiedlicher Partikel kann als Summe der Streulichtmuster der
Einzelpartikel betrachtet werden. Mit dieser Aussage wird dann die Partikelgrößenverteilung
der Substanz im Messvolumen abgeleitet.
Dieses Verfahren wird bisher dafür eingesetzt, Partikelkollektive oder auch Einzelpartikel in
Bezug auf Ihre Größe zu charakterisieren.
Im Bereich der Produktionsüberwachung von Fasern der Textil-, Glas-, Kunst- und
Keramikfaserproduktion werden optische Verfahren wie die Lichtmikroskopie oder die
Elektronenmikroskopie als direkte Messverfahren oder die sog. Titerbestimmung als
indirektes Verfahren zur Bestimmung der Faserdicke eingesetzt. Diese Verfahren sind aber
alle nicht in der Lage, eine on-line Charakterisierung der Faserdicke während des
Produktionsprozesses durchzuführen.
Als einziges on-line Verfahren existiert zur Zeit ein mechanisches Verfahren, bei dem der
Durchmesser der aus der Düse austretende Faser über berührende Taster erfasst wird.
Dieses Verfahren ist mechanisch sehr aufwendig und kann unter Umständen die
Faseroberfläche schädigen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit dem
eine berührungslose Charakterisierung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern
während des Produktionsprozesses ermöglicht wird.
Die Erfindung wird in Bezug auf die Anordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
der Erfindung.
Die Anordnung zur berührungslosen Charakterisierung der Dicke und/oder der Geometrie
von Fasern während des Produktionsprozesses besteht aus einem aus einer Lichtquelle im
wesentlichen senkrecht zur Faserachse einfallenden Lichtstrahl und einem im weiteren
Strahlverlauf befindlichen Detektorsystem, welcher das resultierende Beugungsbild der
zwischen Lichtquelle und Detektorsystem befindlichen Faser bezüglich der Dicke und/oder
der Geometrie erfasst und auswertet.
Um Messfehler und/oder Messungenauigkeiten durch Ortsveränderungen der Faser im
Lichtstrahl zu vermeiden oder auch mehrere Fasern zur gleichen Zeit zu vermessen, wird
der Lichtstrahl durch ein optisches System aufgeweitet und/oder eine Sammel- oder
Fourierlinse zwischen Faser und Detektorsystem in den Strahlverlauf eingebracht.
Desweiteren wird diese Anordnung auch zur Bestimmung der Faserdicke und/oder der
Fasergeometrie nach dem Produktionsprozess verwendet, wobei die Anordung stationär
oder mobil ausgeführt ist.
Eine weiter vorteilhafte Ausführung der Anordnung ist die Möglichkeit, mittels
spektroskopischer Auswertung des gebeugten Lichtstrahls eine Aussage über die Struktur
der Faser zu erhalten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf schematische Zeichnungen in den Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Aufsicht eines ersten schematischen erfindungsgemäßen Ausführungs
beispiels der Anordnung.
Fig. 2 einen Blick in Faserrichtung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
aus Fig. 1.
Fig. 3 Aufsicht eines zweiten schematischen erfindungsgemäßen Ausführungs
beispiels der Anordnung mit einem zusätzlich in den Lichtstrahl ein
gebrachten optischen System zur Strahlaufweitung und einer Sammel- oder
Fourierlinse vor dem Detektorsystem.
Die schematisch in Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft dargestellte Anordung zur berührungslosen
Charakterisierung der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern während des
Produktionsprozesses besteht aus einem aus einer Lichtquelle 5 im wesentlichen senkrecht
zur Faserachse der aus einer formgebenden Düse 1 austretenden Faser 3 einfallenden
Lichtstrahl 7. Durch den an der Faser 3 gebeugten Lichtstrahl 9 wird ein Beugungsbild
erzeugt, das von dem Detektorsystem 11 erfasst und bezüglich der Dicke und/oder der
Geometrie der Faser 3 ausgewertet wird.
Um Messfehler und/oder Messungenauigkeiten durch Ortsveränderungen der Faser 3 im
Lichtstrahl zu vermeiden, oder auch mehrere Fasern zur gleichen Zeit zu vermessen, wird
wie in der in Fig. 3 in einer weiteren Aufsicht beispielhaft dargestellten Anordung, neben
einem optischen Systems 13 das den Lichtstrahl 7 aufweitet, zusätzlich eine Sammel- oder
Fourierlinse 15 zwischen Faser 3 und Detektorsystem 11 in den Strahlverlauf eingebracht.
Desweiteren ist es möglich diese Anordnung auch zur Bestimmung der Faserdicke
und/oder der Fasergeometrie unabhängig von Produktionsablauf und Produktionsstandort
zu verwenden, da die Anordnung stationär oder mobil ausgeführt sein kann.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, Fasern in Bezug auf die Dicke und/oder die Geometrie
mit einer Genauigkeit von < 0,1 µm zu charakterisieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Anordnung besteht darin, aus der
spektroskopischen Auswertung des gebeugten Lichtstrahls 9, wie beispielsweise der
Infrarot- oder Ramanspektroskopie, eine Aussage über die Struktur der Faser zu erhalten.
Claims (9)
1. Anordnung zur zerstörungsfreien und berührungslosen Produktionsüberwachung
der Dicke und/oder der Geometrie von Fasern mit Hilfe der Lichtstreuung, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß sich die Faser (3) während der Produktion nach Austritt aus der formgebenden Düse (1) oder anschließend unabhängig von Produktionsablauf und Produktionsstandort in einem im wesentlichen senkrecht zur Faserachse einfallenden Lichtstrahl (7) aus einer Lichtquelle (5) befindet und das resultierende Beugungsbild des an der Faser gebeugten Lichtstrahles (9) bezüglich der Fasergeometrie und/oder der Dicke mittels eines im weiteren Strahlverlauf befindlichen ortsauflösendem Detektorsystems (11) ausgewertet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich statt einer mehrere im
wesentlichen parallel zueinander angeordnete Fasern in einem im wesentlichen
senkrecht zur Faserachse einfallenden Lichtstrahl (7) aus einer Lichtquelle (5) befinden
und das resultierende Beugungsbild des an der Faser gebeugten Lichtstrahles (9)
bezüglich der Fasergeometrie und/ oder der Dicke der Fasern mittels eines im weiteren
Strahlverlauf befindlichen ortsauflösendem Detektorsystems (11) ausgewertet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen
(5) kombiniert mit entsprechenden ortsauflösenden Detektorsystemen (11) im
wesentlichen senkrecht zur Faserachse derart angeordnet sind, um Anisotropien des
Faserquerschittes zu erfassen.
4. Anordnung einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine
Lichtquelle (5) kombiniert mit einem ortsauflösendem Detektorsystem (11) im
wesentlichen senkrecht zur Faserachse um die Faserachse drehbar angeordnet ist, um
Anisotropien des Faserquerschittes zu erfassen.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der
Lichtstrahl (7) über ein optisches System (13) zu einem breiten parallelen Strahl
aufgeweitet wird, um ein größeres Volumen zu erfassen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine
Sammel- oder Fourierlinse (15) zwischen Faser (3) und Detektorsystem (11) in den
Strahlverlauf eingebracht ist, um Messfehler und/oder Messungenauigkeiten durch
Ortsveränderungen der Faser im Lichtstrahl (7) zu vermeiden.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anordung nicht ortsgebunden an einer Faserproduktion angebracht ist, sondern mobil
ausgeführt ist, um Fasern ortsunabhängig zu vermessen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (5) monochromatisches Licht ausstrahlt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
gebeugte Lichtstrahl (9) spektroskopisch ausgewertet wird, um eine Aussage über die
Struktur der Faser zu erhalten.
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- 1999-12-07 DE DE1999158993 patent/DE19958993A1/de not_active Withdrawn
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