DE3932376A1 - Hair face measuring arrangement for non-circular cross=sections - has rotatable holder for laser light source and light sensitive element arrangement - Google Patents
Hair face measuring arrangement for non-circular cross=sections - has rotatable holder for laser light source and light sensitive element arrangementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen nicht kreisför miger Faserquerschnitte, insbesondere von Haarfaserquerschnitten.The invention relates to a device for measuring not circular moderate fiber cross sections, in particular of hair fiber cross sections.
Zug-Dehnungs-Messungen sind hervorragend geeignet, um den Schädi gungsgrad von Haarfasern zu erkennen. Mit bestehenden Zug-Deh nungs-Apparaturen werden routinemäßig unter anderem die drei Para meter Maximaldehnung, Zugkraft bei 15%-Dehnung und maximale Zug kraft (Reißkraft) bestimmt.Tension-strain measurements are ideally suited to the pest to recognize the degree of hair fiber. With existing train deh The three para meters of maximum elongation, tensile force at 15% elongation and maximum tension force (tear strength) determined.
Die gemessenen Größen sind mit dem Faserquerschnitt streng korre liert. Um Haarfasern unterschiedlicher Dicke in ihren viskoela stischen Eigenschaften miteinander vergleichen zu können, wird allgemein der Elastizitätsmodul angegeben (Youngscher Modul), der ein Quotient aus wirksamer Kraft und Querschnittfläche ist.The measured sizes are strictly correct with the fiber cross section liert. To hair fibers of different thickness in their viskoela to be able to compare technical properties with one another generally the modulus of elasticity is given (Young's modulus), the is a quotient of effective force and cross-sectional area.
Im Gegensatz zu Synthetikfasern mit meist kreisförmigen Quer schnitten besitzen Haarfasern mehr oder weniger elliptische Quer schnitte, die durch die Angabe der großen und kleinen Halbachsen charakterisiert werden. In contrast to synthetic fibers with mostly circular cross cuts have hair fibers more or less elliptical cross cuts by specifying the large and small semiaxes be characterized.
Alle bisherigen Apparaturen zur Dickenmessung besitzen mindestens einen der folgenden Nachteile: Sie sind zu voluminös, um in beste hende Zug-Dehnungsapparaturen integriert werden zu können.All previous devices for thickness measurement have at least One of the following disadvantages: They are too bulky to be at their best existing tension-stretching devices can be integrated.
Sie sind zu langsam, um die Haardicke in der Zeit zu bestimmen, die die automatisierte Zug-Dehnungsapparatur für die Reißkraftmes sung benötigt. Sie sind ausschließlich zum Messen kreisförmiger Querschnitte geeignet. Es gibt keine Möglichkeit zur automatischen Auswertung.You are too slow to determine hair thickness in time the automated tension-stretching device for the tensile strength measurement solution needed. They are circular only for measuring Cross sections suitable. There is no automatic way Evaluation.
Ein bekanntes Meßsystem (Prospekt der Firma Mikro-Epsilon Meß technik) bestimmt die Dicke durch den Schattenwurf der Faser in einem Laserstrahl und ist nicht für Fasern mit Dicken geeignet, die kleiner als 200 Mikrometer sind. Eine andere bekannte Meß vorrichtung (Prospekt der Firma KJM) erfaßt die Faserdicke mittels Beugung eines Laserstrahl. Beide Meßapparaturen sind aber aus schließlich zum Erfassen kreisförmiger Querschnitte geeignet.A known measuring system (brochure from the company Mikro-Epsilon Meß technology) determines the thickness by the shadow cast by the fiber in a laser beam and is not suitable for fibers with thickness, that are smaller than 200 microns. Another well-known measuring device (brochure of the company KJM) records the fiber thickness by means of Diffraction of a laser beam. Both measuring devices are however out finally suitable for capturing circular cross sections.
Aus diesem Grund wurde eine miniaturisierte und automatisierte Faserdicken-Meßapparatur erforderlich, die in bekannte Zug-Deh nungs-Apparaturen einbezogen werden kann. Damit soll außerdem ge währleistet werden, daß der Haarquerschnitt des jeweils in der Zug-Dehnung zu vermessenden Haares unmittelbar zuvor ermittelt und ohne weiteren Eingriff in den Prozeßrechner übertragen wird. Im Anschluß an die Reißkraftmessung kann somit der Youngsche Modul direkt berechnet werden.For this reason, a miniaturized and automated Fiber thickness measuring apparatus required in the known tensile strength equipment can be included. This should also ge be guaranteed that the hair cross section of each in the Tensile elongation of the hair to be measured was determined immediately beforehand and is transmitted without further intervention in the process computer. in the The Young's module can thus be connected to the tensile strength measurement can be calculated directly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lichtquelle, eine Anordnung lichtempfindlicher Elemente in Strahlrichtung der Lichtquelle, eine um eine zwischen der Lichtquelle und der Anord nung gelegene und senkrecht auf der Strahlrichtung der Lichtquelle stehende Achse drehbare Halterung für die Lichtquelle und die An ordnung und eine an die lichtempfindlichen Elemente angeschlossene Auswerteeinrichtung, wobei die Lichtquelle und die lichtempfind lichen Elemente derart angeordnet sind, daß bei Anwesenheit eines fadenförmigen Gegenstands in der Drehachse ein Beugungsbild auf der Anordnung entsteht.According to the invention, this object is achieved by a light source, an arrangement of photosensitive elements in the beam direction Light source, one by one between the light source and the arrangement located and perpendicular to the beam direction of the light source standing axis rotatable holder for the light source and the on order and one connected to the photosensitive elements Evaluation device, the light source and the light sensitive union elements are arranged such that in the presence of a thread-like object in the axis of rotation on a diffraction pattern the arrangement arises.
Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Lichtquelle als Laser ausgebildet ist.In particular, it is proposed that the light source be used as a laser is trained.
Ferner wird eine zwischen der Achse und der Anordnung angeordnete und an der Halterung befestigte Sammellinse vorgeschlagen, um ein scharfes lichtstarkes und nach den Gesetzen der Optik einwandfrei es Beugungsbild zu erhalten.Furthermore, one is arranged between the axis and the arrangement and suggested mounting lens attached to the bracket to a sharp bright and perfect according to the laws of optics to get it diffraction pattern.
Damit der Abstand zwischen der Haarfaser und der Oberfläche der Anordnung reproduzierbar eingehalten wird, werden außerdem zwei senkrecht zur Achse verfahrbare Führungsbleche mit Einschnitten zum Aufnehmen und Zentrieren der Faser in der Achse vorgeschlagen.So that the distance between the hair fiber and the surface of the Arrangement is reproducibly observed, there will also be two Guide plates with notches that can be moved perpendicular to the axis proposed for picking up and centering the fiber in the axis.
Zur Ermittlung des elliptischen Faserquerschnitts ist es vorteil haft, wenn die Messungen im Winkelabstand von 45° vorgenommen wer den. Daher werden Rastpositionen der drehbaren Halterung bei Win kelabständen zwischen 1° und 60°, vorzugsweise bei Winkelabständen von 45° vorgeschlagen.It is advantageous to determine the elliptical fiber cross section liable if the measurements are made at an angular distance of 45 ° the. Therefore, locking positions of the rotatable bracket at Win Distance between 1 ° and 60 °, preferably with angular distances of 45 ° suggested.
Haarfasermessungen müssen oft bei unterschiedlichsten relativen Luftfeuchten durchgeführt werden. Es wird eine derartige Auslegung der Anordnung der Bauteile der Vorrichtung vorgeschlagen, daß der Einsatz der Vorrichtung auch bei hohen relativen Luftfeuchten, bis zu 100%, in der Umgebung der Faser möglich ist.Hair fiber measurements often have to be at different relative Humidity can be carried out. It becomes such an interpretation the arrangement of the components of the device proposed that the Use of the device even at high relative air humidity up to 100% in the vicinity of the fiber.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe following is an embodiment with reference to the drawings explained in more detail. Show it
Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, FIG. 1 is a diagram of the measuring device according to the invention,
Fig. 2 eine Erläuterung der gemessenen Größen, Fig. 2 is an explanation of the measured variables,
Fig. 3 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Sei tenansicht und Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention in Be tenansicht and
Fig. 4 diese Ausführung in Aufsicht. Fig. 4 this execution in supervision.
Zur schnellen, präzisen und berührungslosen Dickenbestimmung von Fasern mit einem Durchmesser 0,0007 mm < d < 0,3 mm eignet sich die Analyse des Beugungsmusters, das durch die Beugung kohärenten Lichts an der Faser entsteht. Fig. 1 zeigt die gewählte Anordnung. Als Lichtquelle dient eine Laserdiode 1 mit einer maximalen Leist ung von 3 mW. Die Wellenlänge des im Multimode-Betrieb emittierten roten Lichtes 4 liegt bei etwa 670 nm. Das Beugungsmuster wird durch eine Konvexlinse 6 auf einen Dioden-Array 2 abgebildet, der etwa 2 cm vom Haar 9 entfernt angebracht ist. Der Array 2 besteht aus 512 Photodioden, die bei einer Breite von 0,0013 mm und einer Höhe von 2,5 mm nebeneinander im Abstand von 0,0012 mm angeordnet sind. Durch Auslesen der einzelnen Photodioden erhält man die In tensitätsverteilung der Beugungsfigur. Daraus kann ein Faserdurch messer ermittelt werden.For a quick, precise and non-contact thickness determination of fibers with a diameter of 0.0007 mm <d <0.3 mm, the analysis of the diffraction pattern, which is created by the diffraction of coherent light on the fiber, is suitable. Fig. 1 shows the selected arrangement. A laser diode 1 with a maximum power of 3 mW serves as the light source. The wavelength of the red light 4 emitted in multimode operation is approximately 670 nm. The diffraction pattern is imaged by a convex lens 6 on a diode array 2 which is attached approximately 2 cm from the hair 9 . The array 2 consists of 512 photodiodes, which are arranged next to each other with a width of 0.0013 mm and a height of 2.5 mm at a distance of 0.0012 mm. The intensity distribution of the diffraction pattern is obtained by reading out the individual photodiodes. A fiber diameter can be determined from this.
Da das Haar eine im Idealfall elliptische Querschnittsfläche be sitzt, sind mindestens drei Messungen unter drei verschiedenen Winkeln pro Haar notwendig, um die drei die zu vermessende Ellipse charakterisierenden Parameter, nämlich die große und kleine Halb achse a und b sowie der Winkel α (alpha) zwischen dem kartesischen Koordinatensystem der Ellipse und dem Lichtstrahl 4 bei der ersten Messung zu ermitteln (Fig. 2). In Fig. 2 sind der idealisierte Umriß 10 des Haares und der scheinbare Ellipsendurchmesser 2 p dargestellt.Since the hair has an ideally elliptical cross-sectional area, at least three measurements at three different angles per hair are necessary in order to determine the three parameters that characterize the ellipse to be measured, namely the large and small semi-axes a and b and the angle α (alpha) to be determined between the Cartesian coordinate system of the ellipse and the light beam 4 in the first measurement ( FIG. 2). In Fig. 2 the idealized outline 10 of the hair and the apparent ellipse diameter 2 p are shown.
In der Zug-Dehnungs-Apparatur, bei der die erfindungsgemäße Vor richtung bevorzugt eingesetzt wird, kann das Haar selbst nicht gedreht werden. Deshalb sind die in Fig. 1 dargestellten optischen und optoelektronischen Bauteile auf einem Drehteller 5 angeordnet, der um insgesamt 180° gedreht werden (Seitenansicht und Aufsicht in den Fig. 3 und 4) und mit hoher Präzision die Positionen 45°, 90° und 135° ansteuern kann. Drehzentrum ist das Haar 9. Nach Aus führung einer kompletten Messung, d. h. vier Messungen bei den Winkeln 0°, 45°, 90° und 135°, bewegt sich der Drehteller 5 wieder auf die 0°-Position zurück.In the tension-stretching apparatus, in which the device according to the invention is preferably used, the hair itself cannot be turned. Therefore, the optical and optoelectronic components shown in FIG. 1 are arranged on a turntable 5 , which is rotated through a total of 180 ° (side view and top view in FIGS. 3 and 4) and the positions 45 °, 90 ° and 135 with high precision ° can control. The center of rotation is hair 9 . After carrying out a complete measurement, ie four measurements at the angles 0 °, 45 °, 90 ° and 135 °, the turntable 5 moves back to the 0 ° position.
Um die Intensitätsverteilung exakt auswerten zu können, muß der Abstand zwischen Haarfaser 9 und Array-Oberfläche 11 genau bekannt sein und reproduzierbar eingehalten werden, während die vier Mes sungen erfolgen. Um dies zu ermöglichen, ist die Apparatur mit einem Zentrierschlitten versehen, der zwischen zwei Positionen auf Gleitschienen 12 hin- und herbewegt werden kann. Position I ist die Meßposition und Position II wird während des Weitertransportes der Faser eingenommen. Oberhalb und unterhalb des Dioden-Arrays 2 sind zur Drehachse 3 hin zwei Führungsbleche 7 angebracht, die jeweils einen trichterförmigen Einschnitt 8 besitzen. In der Schlittenposition I wird das Haar 9 durch die Einschnitte 8 bis zum Trichterende geführt. Dies stellt eine Position mit defi niertem Abstand zur Array-Oberfläche 11 bzw. zur abbildenden Linse 6 dar. Die Position liegt zudem in der exakten Strahlmitte (Strahldurchmesser 0,8 mm). Ist der Schlitten mit dem Führungs blech in der Position II, kann der Haarstrang frei weitertrans portiert werden. Die Führungsbleche 7 sind über einen Hubmagneten 13 automatisch bewegbar. Die gesamte Anordnung ist auf einer Grundplatte 14 befestigt. Die Gleitschienen 12 ruhen in Lager böcken 15. Angetrieben wird der Drehteller 5 von einem Motor 16 über Zahnräder 17, 18.In order to be able to evaluate the intensity distribution exactly, the distance between the hair fiber 9 and the array surface 11 must be known exactly and be reproducibly observed while the four measurements are taking place. To make this possible, the apparatus is provided with a centering slide, which can be moved back and forth between two positions on slide rails 12 . Position I is the measuring position and position II is taken during the further transport of the fiber. Above and below the diode array 2 two guide plates 7 are attached to the axis of rotation 3 , each having a funnel-shaped incision 8 . In the carriage position I, the hair 9 is guided through the incisions 8 to the end of the funnel. This represents a position with a defined distance from the array surface 11 or the imaging lens 6. The position is also in the exact center of the beam (beam diameter 0.8 mm). If the sled with the guide plate is in position II, the strand of hair can be transported freely. The guide plates 7 can be moved automatically via a lifting magnet 13 . The entire arrangement is attached to a base plate 14 . The slide rails 12 rest in bearing blocks 15 . The turntable 5 is driven by a motor 16 via gear wheels 17 , 18 .
Während einer Messung in der Zug-Dehnungs-Apparatur ist die Haar faser weniger als 60 s in Ruhe. In dieser Zeit erfolgen die vier Einzelmessungen der Dickenbestimmung und die Rückdrehung des Dreh tellers.The hair is out during a measurement in the tension-stretching apparatus fiber less than 60 s at rest. The four take place during this time Individual measurements of the thickness determination and the reverse rotation of the turn plates.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit der berührungslosen Bestimmung kreisförmiger und nichtkreisförmiger konvexer Querschnitte von Fasern im Bereich von 0,0007 mm bis 0,3 mm mit einer einzigen Laserlichtbeugungsapparatur, wobei die opti schen und optoelektronischen Bauteile drehbar um das durch die Faser gebildete Drehzentrum angebracht sind, beliebige Winkelposi tionen anfahren können und wobei die zu vermessende Faser durch einen geeigneten Zentrierschlitten während der Messung in die richtige Position verbracht und dort in Ruhe gehalten wird.The particular advantage of the invention lies in the possibility of Non-contact determination of circular and non-circular convex cross sections of fibers in the range of 0.0007 mm to 0.3 mm with a single laser light diffraction apparatus, the opti and optoelectronic components can be rotated by the Fiber-formed center of rotation are attached to any angular position ions can start up and the fiber to be measured through a suitable centering slide during the measurement in the in the correct position and kept there at rest.
So kann z. B. der in idealisierter Weise als elliptisch anzusehen de Querschnitt einer Haarfaser mit wenigen Messungen unter verschiedenen Winkeln ermittelt werden. Im Beispiel werden die vier Winkelpositionen 0°, 45°, 90° und 135° angesteuert (Fig. 4).So z. B. the de cross section of a hair fiber to be regarded in an idealized manner as elliptical can be determined with a few measurements at different angles. In the example, the four angular positions 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° are controlled ( Fig. 4).
Durch in beliebiger Weise angeordnete Winkelpositionen können alle denkbaren nichtkreisförmigen, konvexen Faserquerschnitte bestimmt werden. Any position can be arranged by angular positions conceivable non-circular, convex fiber cross sections determined will.
Die Auswertung des Beugungsbildes mittels der Fraunhoferschen Theorie ermöglicht die automatische Bestimmung der Parameter a, b und α (alpha) über die Bestimmung der scheinbaren Ellipsenhalbmes ser p (Fig. 2).The evaluation of the diffraction pattern by means of Fraunhofer theory enables the automatic determination of the parameters a, b and α (alpha) by determining the apparent ellipse half p ( FIG. 2).
BezugszeichenlisteReference symbol list
1 Lichtquelle
2 Anordnung, Array
3 Achse
4 Strahlrichtung, Lichtstrahl
5 Halterung, Drehteller
6 Sammellinse
7 Führungsblech
8 Einschnitt
9 Faser
10 Umriß
11 Array-Oberfläche
12 Gleitschiene
13 Hubmagnet
14 Grundplatte
15 Lagerbock
16 Motor
17 Zahnrad
18 Zahnrad 1 light source
2 arrangement, array
3 axis
4 beam direction, light beam
5 bracket, turntable
6 converging lens
7 guide plate
8 incision
9 fiber
10 outline
11 array surface
12 slide rail
13 solenoid
14 base plate
15 bearing block
16 engine
17 gear
18 gear
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893932376 DE3932376A1 (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Hair face measuring arrangement for non-circular cross=sections - has rotatable holder for laser light source and light sensitive element arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893932376 DE3932376A1 (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Hair face measuring arrangement for non-circular cross=sections - has rotatable holder for laser light source and light sensitive element arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3932376A1 true DE3932376A1 (en) | 1991-04-11 |
Family
ID=6390378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893932376 Ceased DE3932376A1 (en) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | Hair face measuring arrangement for non-circular cross=sections - has rotatable holder for laser light source and light sensitive element arrangement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3932376A1 (en) |
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