DE4123936A1 - Pruefverfahren und vorrichtung zur automatischen und beruehrungslosen messung derdoppelbrechung von faeden mit kleinen gangunterschieden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren und eine Vor­ richtung zur automatischen und berührungslosen Messung der Doppelbrechung mit kleinen Gangunterschieden und deren Durchmesser.

Nach dem Prüfverfahren und der Vorrichtung können alle Fäden aus organischen oder anorganischen Polymeren im schmelzeflüssigen oder festen Zustand untersucht werden.

Aus der Sz-PS 3 42 768 ist bekannt, daß man den Gangunter­ schied von bewegten oder ruhenden Fäden mit einer Prüf­ anordnung in Verbindung ähnlich einem Senarmont-Kompen­ sator berührungslos ermitteln kann.

Abweichend von der Senarmont-Methode wird bei der DE-AS 10 97 167 das unter einem Winkel von 10 bis 20 Grad zum einfallenden Strahl gestreute Licht gemessen, wobei es dabei notwendig ist, daß ständig ein schwarzer Hinter­ grund vorhanden sein muß, um ein Lichtintensitäts-Minimum als Indikator für die objektive Einstellung des drehbaren Analysators zu erzeugen.

Speziell für schmale Anblasschächte ist der schwarze Hin­ tergrund störend, weil dadurch die Anblasluft in der Meß­ ebene nicht vollständig auf den Faden trifft. Das grüne Gleichlicht der Quecksilberlampe ist ungeeignet, weil dadurch das Raumlicht die Meßergebnisse störend beein­ flussen kann.

Nachteilig ist bei den nach der DE-AS 10 97 167 und Sz-PS 3 42 768 bekannten Verfahren, daß nur der Gangunter­ schied der zu prüfenden Fäden ermittelt werden kann, während keine Aussage zum Durchmesser möglich ist.

Aus dem vorliegenden Prüfergebnis lassen sich keine Rückschlüsse auf die Orientierung, die Doppelbrechung und den Durchmesser der Fäden ziehen, so daß es nicht möglich ist, sofort und schnell den technologischen Prozeß zu regeln.

Verfahren zur automatischen Durchmesserbestimmung sind bekannt, so wird bei sehr feinen Fäden mit einem Durch­ messer < 200 Mikrometer nach der Fraunhoferschen Beugung und bei sehr dicken Fäden nach der Laser- Scanning- oder Schattenmethode gearbeitet. (DD-PS 1 15 200 und Schwerdtner, A. u. a., Optoelektro­ nische Meßverfahren zur Durchmesserbestimmung von Fäden, Formeln, Faserstoffen, Fertigwaren (1988) 2, S. 24-30).

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung der berührungslosen Lichtintensitätsmessung zu einem Ver­ fahren mit zugehöriger Vorrichtung, das in der Lage ist, schnell und zuverlässig sowie automatisch die Doppel­ brechungsermittlung bei Fäden mit kleinen Gangunter­ schieden und deren Durchmesser zu erfassen. Es soll dabei unerheblich sein, ob sich der zu prüfende Einzelfaden oder das Fadenbündel in Ruhe oder Bewegung befinden oder beim Spinn- oder Reckprozeß ihre Orien­ tierung und damit die Doppelbrechung und/oder ihren Durchmesser ändern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, daß man für die Doppelbrechungs- und für die Durchmesserbestimmung einen modulierbaren Halbleiterlaser mit Optik benutzt. Die Kombination erzeugt ein Quasi-Parallelstrahlbündel. Hierbei wird das Prüfverfahren so durchgeführt, daß an derselben Fadenstelle mittels einer Laserlichtquelle gleichzeitig sowohl die Gangunterschieds- als auch die Durchmesserbestimmung durchgeführt wird, wobei das in Richtung des einfallenden Laserstrahles hinter dem Faden gestreute Licht für die Durchmesserbestimmung und das unter einem Winkel von 10-30 Grad zum ein­ fallenden Laserstrahl gestreute Licht zur Gangunter­ schiedsbestimmung erfaßt und in bekannter Weise aus beiden Meßgrößen der Quotient gebildet wird.

Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird eine Vorrich­ tung eingesetzt, bei der ein mit einer Optik und einem Polarisator versehener modulierbarer Halbleiterlaser so angeordnet ist, daß das von Faden erzeugte Beugungs­ bild in Richtung des einfallenden Laserstrahles von einer CCD-Zeile mit Taktgenerator erfaßbar wird, die über einen Komparator mit einer Recheneinheit gekop­ pelt ist und andererseits in der Richtung, die mit dem einfallenden Strahl einen Winkel von 10 bis 30 Grad bildet, ein Photoempfänger hinter einer Lambda-Viertel- Platte und einem drehbaren Analysator angeordnet ist, der über einen Resonanzverstärker mit Tendenzerkennung, der auf die Modulationsfrequenz abgestimmt ist, mit einem Schrittmotor verbunden ist, der mit dem Winkel­ kodierer an den drehbaren Analysator gekoppelt ist, wobei der Winkelkodierer ebenfalls mit der Rechenein­ heit verbunden ist.

Es kann auch zweckmäßig sein, daß der Halbleiterlaser gegenüber der Ausgangsstellung um 45 Grad in seiner Achse gedreht wird, so daß der Polarisator entfällt und daß entsprechend die CCD-Zeile um 45 Grad gedreht wird.

Ferner kann es bei der Durchführung des Prüfverfahrens vorteilhaft sein, wenn der Halbleiterlaser durch einen Laser mit einem anderen als dem Halbleiter-Laser-Strahlen­ querschnitt, vorzugsweise rundem, sowie die Optiken durch Zylinderlinsen ersetzt werden.

Das Prüfverfahren und die Vorrichtung sind für die Überwachung des Spinnprozesses von monofilen oder polyfilen Fäden während des Reckprozesses von mono­ filen Fäden geeignet, um Vorgänge in diesen techno­ logischen Stufen zu untersuchen, Fehlerquellen beim Fadenbildungsprozeß aufzudecken und den Prozeß zu regeln, damit eine konstante Orientierung und damit verbunden eine konstante Doppelbrechung oder ein konstanter Durchmesser bei: Herstellungsprozeß von endlosen Fäden erzielt wird.

Die Anwendung des aufgezeigten Verfahrens und der Vorrichtung ist besonders in der Chemiefaserindustrie zur Herstellung von Fäden aus Polyamiden, Polyole­ finen und Polyestern geeignet.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Figur wird die Anordnung der ein­ zelnen Elemente der Vorrichtung dargestellt.

Zur gleichzeitigen Messung des Gangunterschiedes und des Durchmessers ist ein Halbleiterlaser 1 erforderlich, dem eine Optik 2 und ein Polarisator 3 nachgeschaltet sind.

In einem Winkel von 10 bis 30 Grad zum einfallenden Strahl erhält der Photoempfanger 10 über die Lambda- Viertel-Platte 8 und den drehbaren Analysator 9, der mit dem Schrittmotor 12 und dem Winkelkodierer 13 mechanisch verbunden ist, das vom Faden 4 gestreute Licht.

Dem Photoempfänger 10 ist der Resonanzverstärker 11 mit Tendenzerkennungseinheit elektrisch nachgeschaltet. Der Resonanzverstärker 11 ist auf die Modulationsfre­ quenz abgestimmt und ist mit dem Schrittmotor 12 ver­ bunden. Der Winkelkodierer 13 ist seinerseits elektrisch mit der Recheneinheit 14 gekoppelt.

Zur Durchmesserbestimmung ist die zum Halbleiterlaser 1 und Faden 4 spiegelsymmetrisch angeordnete CCD-Zeile 6 mit Taktgenerator notwendig, der eine Optik 5 vor- und ein Komparator 7 nachgeschaltet sind, der seinerseits mit der Recheneinheit 14 elektrisch verbunden ist.

Ausführungsbeispiel

Ein ungereckter und glänzender Polyamidfaden mit einem Durchmesser von 152 Mikrometer und einem Gangunterschied von 185 nm soll gemessen werden. Die Wellenlänge des Halbleiterlasers 1 beträgt 670 nm, die Modulationsfre­ quenz liegt bei 10 KHz. Der Ablenkwinkel beträgt 30 Grad. Nach Einbringen des Fadens 4 in die vorgegebene Position dreht der Schrittmotor 12 den Analysator 9 bis zum relativen Lichtintensitätsminimum, das bei einem Winkel von 45 Grad liegt.

Die Tendenzerkennungseinheit im Resonanzverstärker 11 bewirkt, daß der Schrittmotor 12 den Analysator 9 in dieser Stellung beim Winkel von 45 Grad festlegt. Der Winkelkodierer 13 meldet in diesem Augenblick den Winkel an die Recheneinheit 14, wo der Gangunterschied zu
R=(45/180)×670=167,5 nm
berechnet wird.

Gleichzeitig wird durch die Fraunhofersche Beugung am Faden 4 in der CCD-Zeile 6 mit Taktgenerator und Kom­ parator 7 ein doppelter Winkelabstand der Lichtinten­ sitätsminima von 0,506 ermittelt, die sich beispielsweise links und rechts vom Hauptmaximum befinden.

Dieser doppelte Winkelabstand wird an die Rechenein­ heit 14 gemeldet, die aus dem Gangunterschied R = 167,5 nm und dem sich aus dem Winkelabstand von 0,253 Grad ergebenden Durchmesser
D=0,670/sin (0,253) = 152 Mikrometer
die Doppelbrechung zu 0,0011 ermittelt. Die Korrektur des Durchmessers für die 30 Grad Ablenkwinkel von 0,9 ergibt dann den endgültigen Wert von 0,00122.

Ist der Gangunterschied gleich oder größer 670 nm, dann ist die Auswertung mit dem drehbaren Analysator 9 nicht mehr eindeutig. Der Gültigkeitsbereich des Verfahrens und der Vorrichtung ist dann überschritten.

Übersicht über verwendete Bezugszeichen

 1 - Halbleiterlaser
 2 - Optik
 3 - Polarisator
 4 - Faden
 5 - Optik
 6 - CCD-Zeile mit Taktgenerator
 7 - Komparator
 8 - Lambda-Viertel-Platte
 9 - Analysator
10 - Photoempfänger
11 - Resonanzverstärker mit Tendenzerkennung
12 - Schrittmotor
13 - Winkelkodierer
14 - Recheneinheit

Claims (4)

1. Prüfverfahren zur automatischen und berührungslosen Messung der Doppelbrechung von Fäden mit kleinen Gangunterschieden, gekennzeichnet dadurch, daß an derselben Fadenstelle mittels einer Laserlicht­ quelle gleichzeitig sowohl die Gangunterschieds- als auch die Durchmesserbestimmung durchgeführt wird, wobei das in Richtung des einfallenden Laser­ strahles hinter dem Faden gestreute Licht für die Durchmesserbestimmung und das unter einem Winkel von 10 bis 30 Grad zum einfallenden Laserstrahl gestreute Licht zur Gangunterschiedsbestimmung er­ faßt und in bekannter Weise aus den beiden Meß­ größen der Quotient gebildet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Prüfverfahrens zur automatischen und berührungslosen Messung von Fäden mit kleinen Gangunterschieden, gekennzeichnet dadurch, daß ein mit einer Optik (2) und einem Polarisator (3) versehener modulierbarer Halbleiterlaser (1) so ange­ ordnet wird, daß das vom Faden (4) erzeugte Beugungs­ bild in Richtung des einfallenden Laserstrahles von einer CCD-Zeile mit Taktgenerator (6) und Optik (5) erfaßbar wird, die über einen Komparator (7) ge­ koppelt ist und daß andererseits in der Richtung, die mit dem einfallenden Strahl einen Winkel von 10 bis 30 Grad bildet, ein Photoempfänger hinter einer Lambda-Viertel-Platte (8) und einem drehbaren Analy­ sator (9) angeordnet ist, der über einen Resonanzver­ stärker (11) mit Tendenzerkennung, der auf die Modu­ lationsfrequenz abgestimmt ist, mit einem Schritt­ motor (12) verbunden ist, der mit dem Winkelkodierer (13) an den drehbaren Analysator gekoppelt ist, wobei der Winkelkodierer mit der Recheneinheit (14) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Halbleiterlaser (1) gegenüber der Ausgangs­ stellung ohne Polarisator (3) um 45 Grad in seiner Achse gedreht wird und gleichzeitig die CCD-Zeile (6) um 45 Grad gedreht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Halbleiterlaser (1) durch einen Laser mit beliebigem Strahlquerschnitt, vorzugsweise rundem, sowie die Optiken (2) und (5) durch Zylinderlinsen ersetzt wer­ den.