DE69819302T3

DE69819302T3 - Detektor und nachweisverfahren für fremdfasern und fremdmaterial basierend auf lichtabsorptionsmessung

Info

Publication number: DE69819302T3
Application number: DE69819302T
Authority: DE
Inventors: Patrick Bouvyn
Original assignee: Belgium Monitouring Systems bvba (BMS)
Current assignee: Belgium Monitouring Systems bvba (bms) Kortri Be
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: EP0956499B1; CA2277170A1; DE69819302T2; WO1998033061A1; EP0956499B2; AU5742898A; US6201602B1; BE1010882A5; ATE253220T1; DE69819302D1; CA2277170C; EP0956499A1

Description

Ein erfindungsgemäßer Detektor von Fremdfasern kann zur Erfassung von Fremdfasern und Fremdmaterialien in der Textilindustrie eingesetzt werden, zum Beispiel in Garnen, Faserbändern und ungeformten Faserbändern auf zum Beispiel (wenn auch nicht ausschließlich) Webmaschinen, Ringspinnmaschinen, Offen-End-Spinnmaschinen, Luftdüsen-Spinnmaschinen oder chemischen Spinnmaschinen, Spulmaschinen, Fachmaschinen, Karden, Verstreckungsbänken, Kämmmaschinen, Spulenfeldern, Texturiermaschinen, ...
In der restlichen Beschreibung der Erfindung werden Garne, Faserbänder, ungeformte Faserbänder und dergleichen als das Messobjekt bezeichnet.
Bestehende Detektoren von Fremdfasern gehen nach einem der folgenden Verfahren vor:

– Erfassung von Verfärbungen durch Erfassung in zwei oder mehr Spektralbändern. Ein Verfahren dieser Art ist in der WO 95/29396 (CSIRO) beschrieben. Das Messobjekt wird vor einem lichtabsorbierenden Hintergrund angeordnet, und mindestens eine Lichtquelle ermöglicht es, dass das Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auf das Messobjekt trifft, das Licht reflektiert. Das vom Messobjekt reflektierte Licht enthält mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen. Die Lichtquantitäten der jeweiligen Wellenlänge werden durch einen oder mehrere Detektoren gemessen, und diese gemessenen Lichtquantitäten werden zum Erzeugen von Signalen verwendet, die von der Farbe (oder der Verfärbung) des Messobjekts abhängen. Eine ähnliche Vorgehensweise findet sich in der CH-A5-674379 (SCHEINHÜTTE), wobei in dieser Druckschrift weiter angegeben ist, dass der Einfluss des Durchmessers des Garns auf das reflektierte Licht für beide Wellenlängen der gleiche ist und auf diese Weise ausgeschlossen werden kann.
– Erfassung eines Kontrasts zwischen dem Garn und einem passenden Hintergrund. In der EP-A-O 197763 (CSIRO) wird der zu untersuchende Garn vor einen Hintergrund gehalten, der so ausgewählt ist, dass er ein Reflektionsvermögen hat, das ungefähr dem des Garns selbst entspricht. Streulicht beleuchtet das Garn und den Hintergrund. Die vom Garn und vom Hintergrund gemessene Gesamtlichtquantität wird an einem Ort gemessen. Wenn der Hintergrund korrekt ausgewählt wurde, ist diese Quantität so gut wie unabhängig von den Abmessungen des zu untersuchenden Garns. Eine Veränderung beim gemessenen reflektierten Licht zeigt das Vorhandensein einer Verunreinigung an und keine Veränderung der Abmessung des Garns. Alternativ zu einem Hintergrund mit demselben Reflektionsvermögen wie dasjenige des Garns wird die Möglichkeit erwähnt, dass ein halbtransparentes Material als der Hintergrund verwendet wird, und die Beleuchtung durch dieses Material hindurch erfolgt, so dass die vom Empfänger erfasste Helligkeit, die vom Hintergrund herrührt, der Helligkeit entspricht, die von dem vom Garn reflektierten Licht herrührt. Diese Möglichkeit wird unter anderem in der EP-0,553,445 A2 (LOEPFE) eingehender behandelt.
– Erfassung reflektierten Lichts, das unter Verwendung von Durchmesserinformation normalisiert wurde. Ein Verfahren dieser Art ist unter anderem in der WO 93/13407 (SIEGFRIED PEYER AG) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird moduliertes Licht von einer Lichtquelle auf den sich bewegenden Garn gerichtet. Ein erster und ein zweiter Sensor sind vorgesehen, wobei der erste Sensor Licht empfängt, das vom Garn reflektiert wird, und der zweite Sensor gleichzeitig Licht empfängt, was durch den Garn hindurchgelassen wird. Das hindurchgelassene Licht und das reflektierte Licht haben entgegengesetzte Reaktionen auf Variationen des Durchmessers des Garns. Die Signale von den beiden Sensoren werden mit Hilfe elektronischer Mittel kombiniert, so dass ein Signal am Ausgang vorhanden ist, wenn sich eine Fremdfaser im Garn befindet, und so dass die Auswirkungen von Durchmesservariationen im Großen und Ganzen unterdrückt werden. Eine weiter Ausführung dieses Verfahrens ist in der WO 93/19359 (ZELLWEGER USTER AG) beschrieben.
– EP-A-0,533,446 (GEBRÜDER LOEPFE AG) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Verunreinigungen in Garnen. Bei diesem Verfahren wird ein erster Sensor zum Messen durch das Garn reflektierten Lichts verwendet, der ein erstes Messsignal ausgibt, das von der Starke einer auftretenden Verunreinigung und vom Durchmesser des Garns abhängig ist. Zum Ausschließen der Abhängigkeit vom Durchmesser wird ein zweites Messsignal aufgezeichnet, das im Wesentlichen nur vom Durchmesser des Garns abhängt. Eine Kombination der beiden Messsignale wird zum Ausgleich des Einflusses des Durchmessers des Garns im ersten Messsignal verwendet.

Das Prinzip des Erfassens von Fremdfasern und Fremdmaterialien auf der Grundlage einer Farbmessung hat den Nachteil, dass bestimmte Farben und Verfärbungen mit bestimmten Spektralreflektionseigenschaften nicht erfasst werden.
Das Prinzip, nach dem eine Kontrastmessung gegen einen Hintergrund vorgenommen wird, hat den Nachteil, dass der Hintergrund zum Garn passen muss und dass nach diesem Prinzip der Einfluss von Durchmesservariationen des Messobjekts selbst nicht hinreichend ausgeschlossen werden kann. Dieser Nachteil trifft auch auf das Prinzip zu, nach dem die Reflektion des Messobjekts unter der Verwendung von Durchmesserinformation normalisiert wird. Hieraus ergibt sich, dass die Empfindlichkeit dieser Verfahren gegenüber Fremdfasern und Fremdmaterialien geringer als gewünscht ist.
EP-A-O 652 432 beschreibt einen Detektor und ein Detektionsverfahren von Fremdfasern. Der Detektor hat drei Abteile: ein erstes, in dem eine Lichtquelle angeordnet wird, ein zweites, durch das ein Garn verläuft und ein drittes, in dem eine Sensoreinheit angeordnet wird. Die Sensoreinheit ist gegenüber bestimmten Lichtwellenlängen empfindlich. Sie umfasst zwei Sensoren mit unterschiedlichen Spektralantworten. Die Sensoren empfangen direkt vom Garn reflektiertes Licht. Anderes Licht wird durch einen Spiegel vom Sensor weggeleitet.
US-A-4 853 776 beschreibt ein Stoffuntersuchungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern. Es umfasst einen Raum (2) und eine Transporteinrichtung für Stoff. Stroboskoplichter und Bildaufnahmeelemente sind an gegenüberliegenden Seiten des transportiert werdenden Stoffs angeordnet. Die Stroboskoplichter auf beiden Seiten werden wechselweise betrieben, um den Stoff zu beleuchten. Die Aufnahmeelemente auf der anderen Seite nehmen durch den Stoff hindurch gelassenes Licht auf. Eine Bildverarbeitungseinheit ist zum Entdecken von Fehlern vorgesehen.
Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Detektors ist es, für die oben genannten Nachteile eine Lösung zu finden.
Prinzip
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Detektor nach Anspruch 13 vor. Das Erfassungsverfahren zum Erfassen von Fremdfasern oder Fremdmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf dem Messen der Absorption von Licht, das ein Messvolumen füllt, innerhalb dessen ein Messobjekt angeordnet ist. Diese Lichtabsorption wird gemessen, ohne dass dabei Lichtquellen für Reflektion und Transmission getrennt angesteuert werden und ohne dass für die Reflektion und die Transmission repräsentative Signale getrennt erfasst werden. Das Spektrum des Lichts, das zu diesem Zweck verwendet wird, wird so ausgewählt, dass das Messobjekt dieses Licht nicht wesentlich absorbiert. Es wird der Umstand genutzt, dass in diesem Fall Fremdfasern und Fremdmaterialien für das verwendete Lichtspektrum einen größeren Absorptionskoeffizienten haben als das Messobjekt selbst.
Das Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, dass über mindestens eine Lichtquelle Licht in das Messvolumen eingeführt wird, in dem das zu untersuchende Messobjekt angeordnet ist. Eine Fotodetektion wird um dieses Messvolumen herum vorgenommen, was dazu führt, dass das gesamte Licht oder eine repräsentative Probe des Lichts innerhalb des Messvolumens gemessen wird und in ein proportionales elektrisches Signal umgewandelt wird. Ein Vergleich dieses Signals mit einem Signal, das gemessen wurde, als das Messvolumen leer war, liefert die Absorption im Messvolumen, und eine Interpretation hiervon liefert den Grad der Verunreinigung des Messobjekts.
Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Prinzips ist die Erfassung des gesamten Lichts im Messvolumen oder eines repräsentativen Musters davon, das über das gesamte Messvolumen gleichmäßig abgenommen wird. Außerdem werden der Beleuchtung, der Erfassung und dem Messvolumen keine besonderen Bedingungen auferlegt, was im Gegensatz zu den derzeit zur Erfassung von Fremdfasern und Fremdmaterialen verwendeten Prinzipien steht, deren korrektes Funktionieren von der Auswahl des Hintergrunds, der Einstellung der Hintergrundbeleuchtung oder einem Hilfssignal für die Normalisierung abhängt.
Betrieb
Wenn das Messvolumen leer ist, existiert keine Absorption von Licht im Messvolumen und das gesamte Licht, das sich im Messvolumen oder einem repräsentativen Teil davon befindet, wird durch Fotodetektion in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Wenn ein nicht absorbierendes Messobjekt im Messvolumen angeordnet ist, wird wiederum kein Licht absorbiert; das Licht, das auf das Messobjekt auftrifft, wird unabhängig von den Abmessungen des Messobjekts in das Messvolumen zurückgeschickt, bis es schließlich durch Fotodetektion in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das sich nicht von dem elektrischen Signal bei einem leeren Messvolumen unterscheidet.
Wenn das Messvolumen jedoch ein Messobjekt enthält, das mit einer Fremdfaser oder einem Fremdmaterial verunreinigt ist, wird nicht alles auf das Messobjekt fallende Licht in das Messvolumen zurückgeschickt. Das Licht, das auf die Fremdfaser oder das Fremdmaterial fällt, wird dadurch teilweise absorbiert, und die erfasste Lichtmenge ist beträchtlich geringer. Das resultierende elektrische Signal ist beträchtlich kleiner als das elektrische Signal, das gemessen wurde, als das Messvolumen leer war oder das bei einem nicht verunreinigten Messobjekt gemessen wurde.
Wenn das Messvolumen ein Messobjekt enthält, dessen Absorption für das verwendete Licht nicht vernachlässigbar ist, wird die Lichtmenge im Messvolumen, und daher auch das Messsignal, durch die Abmessungen und die Absorption des Messobjekts bestimmt. Wenn sich die Abmessungen nicht ändern, kann das Messsignal immer noch als Maß für die Verunreinigung verwendet werden.
Signalverarbeitung.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Detektoren von Fremdfasern und Fremdmaterialien wird nur eine sehr einfache Schaltung (Signalverarbeitungseinheit) benötigt, um es dem erfindungsgemäßen Detektor zu erlauben, betrieben zu werden: Es reicht aus, die Lichtquelle unter Verwendung des richtigen elektrischen Stroms (zum Beispiel unter der Verwendung eines Gleichstroms für eine Leuchtdiode) zu aktivieren und das fotoelektrische Signal unter Verwendung eines geeigneten Verstärkers auf einen geeigneten Pegel zu verstärken.
Der absolute Wert des erfassten Lichts kann zum Ableiten eines absoluten Maßes der Absorption des verwendeten Lichts durch das Messobjekt verwendet werden. Bei einer anderen Vorgehensweise, die nur die Variation der erfassten Lichts berücksichtigt, kann die relative Absorption durch einen Vergleich mit einem nicht verunreinigten Messobjekt abgeleitet werden.
Durch Auswertung des Pegels des elektrischen Signals ist es möglich festzustellen, ob eine Fremdfaser oder ein Fremdmaterial im Messvolumen und daher im Messobjekt vorhanden ist.
Diese Bewertung kann zur Zuweisung eines Verunreinigungsindexes auf automatische Weise zum Messobjekt führen, indem jeder Absorption ein Verunreinigungsindex zugeordnet wird.
Das elektrische Signal kann in herkömmlicher Weise mittels analoger oder digitaler Schaltungen oder unter der Verwendung programmierbarer digitaler Signalverarbeitungs- oder Mikroprozessor-Schaltungen weiter verarbeitet werden. Es ist daher möglich, die Amplitude und die Länge der Abweichung zu berücksichtigen, zum Beispiel, um zu entscheiden, ob es nötig ist, die Bewegung des Messobjekts oder die Verarbeitung, die am Messobjekt durchgeführt wird, zu unterbrechen, um die abweichenden Teile aus dem Messobjekt zu entfernen, oder zu einer statistischen Charakterisierung des Messobjekts. Die Verarbeitung und Verwendung der Signale auf diese Weise ist sowohl für Detektoren von Fremdfasern üblich, die auf anderen Prinzipien basieren, als auch für Messgeräte, die den Durchmesser oder Massenmessungen berücksichtigen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Lichtquelle
Das Spektrum des Messlichts hat einen beträchtlichen Einfluss auf die Typen von Fremdfasern und Fremdmaterialien, die unter der Verwendung des erfindungsgemäßen Detektors erfasst werden können. Dies hängt mit den Spektralabsorptionseigenschaften dieser Verunreinigungsmaterialien zusammen.
Manche Fremdfasern und Fremdmaterialien im Messobjekt können als eine Veränderung der Intensität oder als eine Verfärbung visuell wahrgenommen werden. Weitreichende Tests haben gezeigt, dass diese sichtbare Verunreinigung am besten unter der Verwendung gelben oder grünen Messlichts erfasst werden kann.
Andere Fremdfasern und Fremdmaterialien können visuell nicht vom Messobjekt unterschieden werden, sind jedoch eine andere Art Material. Eine oft vorkommende Verunreinigung von Baumwolle ist zum Beispiel Polypropylen. Beide sehen in ihrer natürlichen Form fast weiß aus. Sowohl im ultravioletten als auch im naheinfraroten Licht ist es jedoch möglich, die beiden Materialien durch ihre unterschiedliche spezifische Absorption dieses Lichts voneinander zu unterscheiden. Durch eine Auswahl der entsprechenden Wellenlänge oder eines Bandes von Wellenlängen des Messlichts ist es möglich, die Fremdfasern und Fremdmaterialien auf der Grundlage des Materialtyps anstelle der Materialfarbe zu erfassen. Die Wellenlängen, bei denen die Materialtypen eine unterschiedliche Absorption aufweisen, sind typischerweise im nahen Infrarotbereich zwischen 1000 nm und 5000 nm.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Lichtquelle muss nicht notwendigerweise eine Leuchtdiode sein, die auch als LED bezeichnet wird, sondern kann auch eine Glühlampe oder Bogenlampe sein, die das Messvolumen entweder direkt oder indirekt über einen oder mehrere optische Leiter mit Licht füllt.
Als eine alternative Lichtquelle ist es möglich, zum Beispiel elektrolumineszente Materialien zu verwenden. Eine Schicht eines Materials dieser Art wird auf ein Substrat aufgetragen. Das Substrat kann die Form eines Zylinders annehmen. Um die Empfindlichkeit über das Messvolumen gleichmäßig zu gestalten, wird die Lichtquelle vorzugsweise in einer solchen Weise angeordnet, dass der Raum innerhalb des Messvolumens gleichmäßig ausgeleuchtet wird.
Das aus der Lichtquelle austretende Messlicht kann wahlweise intensitätsmoduliert werden. Durch einen Intensitätsmodulation des Messlichts bei einer bestimmten Frequenz ist es möglich, es vom Umgebungslicht zu unterscheiden und daher das letztere wirkungsvoll zu unterdrücken.
Fotodetektion
Eines oder mehrere lichtempfindliche Elemente können zur Fotodetektion verwendet werden. Ihre Anzahl ist nicht wesentlich, doch ist es notwendig, dass es eine Anordnung gibt, die es erlaubt, dass das gesamte Licht im Messvolumen oder eine repräsentative Probe daraus gemessen wird. Die verwendeten lichtempfindlichen Elemente müssen gegenüber dem von der Lichtquelle abgegebenen Spektrum des Messlichts genügend empfindlich sein.
Die Fotodetektoren können zum Beispiel Siliziumfotodioden sein, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Detektoren eingeschränkt. Diese Fotodioden sind für das Erfassen von Licht im sichtbaren Spektrum und im nahen Infrarotspektrum (typischennreise 400–1100 nm) geeignet. Dem Fachmann sind auch andere Fotodetektoren sowohl für kürzere Wellenlängern (UV) als auch für längere Wellenlängen (IR) bekannt, wie zum Beispiel Germanium- oder InGaAs-Fotodioden.
Fotodioden werden meist als diskrete Komponenten konstruiert. Der aktuelle Stand der Technik ermöglicht auch, dass Fotodetektoren in der Form einer aktiven Schicht auf ein Substrat aufgebracht werden. Es ist denkbar, dass dieses Substrat eine Form annimmt, die an das Messvolumen anliegend ist oder das Messvolumen bildet, zum Beispiel die Form eines Zylindern hat, ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt. Dieses Verfahren ist eine perfekte Erweiterung der eine elektrolumineszente Lichtquelle verwendenden Vorgehensweise, die, wie oben erwähnt, ebenfalls auf ein Substrat in der Form einer aktiven Schicht aufgebracht wird.
Messvolumen
Die Form des Messvolumens sollte es dem gesamten vorhandenen Licht oder einer repräsentativen Probe davon, ermöglichen, durch eine Fotodetektion gemessen zu werden. Diese Form kann zum Beispiel eine Kugel oder ein Zylinder sein. Eine oder mehrere Öffnungen sind im Messvolumen vorgesehen, um es dem Messobjekt zu erlauben, in das Messvolumen einzutreten und es wieder zu verlassen. Nach einer möglichen Ausführungsform nimmt die Öffnung die Form eines Schlitzes an. Andererseits ist es auch möglich, zwei Öffnungen in einer Kugel oder einem Zylinder für das Eintreten bzw. das Austreten des Messobjekts vorzusehen.
Die Einfassung des Messvolumens ist gegenüber der durch das Messobjekt verursachten Reibung beständig. Sie ist vorzugsweise schutzabstoßend und leicht zu reinigen. Sie ist aus einem Material hergestellt, das für das Messlicht durchlässig ist oder es durchlässt, wenn die Lichtquelle bzw. die Lichtquellen und/oder ein Detektor oder Detektoren außerhalb des Messvolumens angeordnet sind.
Das Messvolumen kann an einen beliebigen Ort im normalen Verlauf des Messobjekts angeordnet sein, entweder als eine zusätzliche Komponente oder als Ersatz oder als Ergänzung von Komponenten, die schon im Pfad vorhanden sind.
Verwendung mehrere Farben oder Wellenlängen oder Bänder von Wellenlängen
Wenn eine Farbe oder Wellenlänge oder ein Wellenlängenband verwendet wird, kann es sein, dass eine Anzahl unterschiedlicher Verunreinigungsmaterialen des Messobjekts schwierig oder unmöglich zu erfassen sind. Aus diesem Grund ist es als eine Erweiterung der vorliegenden Erfindung möglich, eine Ausleuchtung zu verwenden, die mehrere Farben oder Wellenlänger oder Wellenlängenbänder umfasst. Die Kombination kann für die Erfassung spezifischer Verunreinigungen optimiert werden.
Zu diesem Zweck ist es möglich, das Licht von einer oder mehreren Breitbandlichtquellen zu verwenden, wie zum Beispiel einer Bogenlampe oder einer Glühlampe, deren Spektralverteilung durch eine aktive oder passive optische Filterung auf die Anforderungen angepasst werden kann.
Alternativ dazu ist es auch möglich, eine Kombination von Lichtquellen, unterschiedliche Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen zu verwenden, von denen jede Licht einer anderen Farbe oder Wellenlänge oder eines anderen Wellenlängenbands imitiert.
Mit einer Ausleuchtung dieser Art kann eine Detektion durch Messen der resultierenden Gesamtmenge des Lichts im Messvolumen oder einer repräsentativen gleichmäßigen Probe davon ausgeführt werden. Dies wird verwendet, um eine gewichtete Gesamtabsorption für die verwendeten Farben oder Wellenlängen oder Wellenlängenbänder zu bekommen.
Alternativ dazu kann die Absorption auch getrennt für die verschiedenen Farben oder Wellenlängen oder Wellenlängenbänder durchgeführt werden. Um die für diese verschiedenen Farben oder Wellenlängen oder Wellenlängenbänder erfassten Signale voneinander zu trennen, können die Lichtquellen oder Lichtquellengruppen, welche eine verschiedene Farbe oder Wellenlänge oder Wellenlängenbänder abstrahlen, nacheinander an- und ausgeschaltet werden oder bei einer unterschiedlichen Frequenz intensitätsmoduliert werden. Die Signale können unter der Verwendung einer synchronen Detektion oder elektronischer Filterung voneinander getrennt werden.
Eine Auftrennung in verschiedene Farben oder Wellenlängen oder Wellenlängenbänder ist auch mittels aktiver oder passiver optischer Filter möglich, die vor einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen angeordnet werden.
Der einzige wesentliche Faktor hierbei ist, dass das gesamte im Messvolumen vorhandene Licht oder mindestens eine repräsentative Probe davon, für die jeweilige Farbe oder Wellenlänge oder die jeweiligen Wellenlängenbänder erfasst wird.
Es folgt eine eingehende Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren. Es zeigt:
1 einen ersten erfindungsgemäßen Detektor,
2 einen zweiten erfindungsgemäßen Detektor,
3 eine schematische Veranschaulichung des Pfades des Garns in einer Offen-End-Spinnmaschine und
4 eine schematische Darstellung des Steuerungssystems eines erfindungsgemäßen Detektors.
1 und 2 zeigen jeweils einen erfindungsgemäßen Detektor 1. Sie umfassen jeweils mindestens eine Lichtquelle 2 und einen oder mehrere Fotodetektoren 3, die ein Messvolumen 4 umschließen. Sowohl die Lichtquelle 2 als auch die Fotodetektoren 3 sind um das Messvolumen 4 herum angeordnet, durch das ein zu untersuchendes Messobjekt 5 gelangt.
Anwendung
3 zeigt eine schematische Darstellung des Pfads 13 des Garns in einer Offen-End-Spinnmaschine. Es folgt eine Erörterung eines Detektors 1 als eine typische Anwendung der Erfindung zum Erfassen von Fremdfasern und Fremdmaterialien in einem Messobjekt 5, das ein auf einer Offen-End-Spinnmaschine gesponnener Garn ist. Ein Fachmann kann diese Ausführungsform für andere Anwendungsweisen abändern, wie zum Beispiel für andere Typen von Spinnmaschinen, Spulmaschinen, Fachmaschinen, Karden, Kämmmaschinen, Texturiermaschinen, Webmaschinen, ...
Bekannte Detektoren 16 werden auf einer Offen-End-Spinnmaschine üblicherweise im Pfad des Garns zwischen dem Nabel 14 und der Spule 15 angeordnet. Der Garn 5 wird vom Nabel 14 über Antriebs- und Führungswalzen 19 auf die Spule 15 aufgespult. Aufgrund ihrer Position sind bekannte Detektoren im Pfad des Garns, mit einer Art Schlitz versehen, entlang dessen der Garn 5 in den Messschlitz des Detektors 16 eingeführt wird. Stützen 20 stellen sicher, dass die Position des Garns 5 in einem Detektor 16 stabil ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden Detektoren von Fremdfasern in das Gerät zum Messen des Durchmessers oder der Masse integriert. Das hier beschriebene Erfassungsverfahren kann ebenso auf diese Weise ausgeführt werden. Ein beträchtliches Problem dabei ist jedoch, dass nicht auf jedem Typ oder Modell einer Offen-End-Spinnmaschine hierfür genügend Platz ist.
Zusätzlich zu seiner Anordnung im Pfad des Garns kann ein Detektor 1, der eine Absorptionsmessung vornimmt, an einer Offen-End-Spinnmaschine auch zwischen dem Nabel 14 und dem Rotor 17 selbst angebracht werden, wo der sogenannte ”Spinnschacht” 18, ein rohrförmiges Element, das für den Offen-End-Spinnvorgang wesentlich ist, einen Kanal bildet, der dann Garn vom Rotor 17 nach außen leitet.
Die Rohrform des Spinnschachts 18 entspricht in exzellenter Weise den Anforderungen eines idealen Messvolumens. Der Detektor 1 wird auf dem Spinnschacht 18 angeordnet oder in ihn integriert. Dies hat eine Anzahl von Vorteilen:

– Er kann an Offen-End-Spinnmaschinen einer beliebigen Bauart angewendet werden
– Selbstreinigungseigenschaften aufgrund des subatmosphärischen Drucks vom Rotor 17 und aufgrund der Reibung des Garns 5
– Material des Spinnschachts 18 kann in Abhängigkeit der Anforderungen des Detektors 1 ausgewählt werden.
– Viel Platz
– Inhärenter Schutz gegenüber Umwelteinflüssen

Eine Auswahl des Spinnschachts 18 als die Messposition bedeutet implizit ein zylindrisches Messvolumen 4.
Anforderungen des Spinnverfahrens, wie zum Beispiel eine spezifische Oberflächenbehandlung, werden an der Innenwand des Spinnschachts 18 angebracht. Die einzigen Anforderungen, welche die Spinnmaschine an den Außenumfang des Spinnschachts 18 hat, sind Anforderungen bezüglich der technischen Montage. Aus diesem Grund sind die Komponenten des Detektors 1 auf dem Außenumfang des Spinnschachts 18 angebracht. Dies bedeutet, dass das den Spinnschacht 18 bildende Material transparent oder für das aus der Lichtquelle 2 austretende Messlicht lichtdurchlässig sein muss. Es ist genügend Platz und Kapazität zur Ergänzung und Anpassung des Spinnschachts 18 für die Anbringung eines Detektors 1 vorhanden.
Erste bevorzugte Ausführungsform
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist gemäß 1 der Spinnschacht 18 mit einer transparenten Wandung 6 konstruiert.
Auf dem Außenumfang dieser Wandung 6 ist zuerst eine Lichtquelle 2 angeordnet, die zwei lichtdurchlässige Elektroden 7 und eine aktive Schicht 8 umfasst. Die aktive Schicht 8 besteht zum Beispiel aus einem elektrolumineszenten Material. Dieses Material ist für das abgegebene Licht transparent oder lichtdurchlässig.
Über diesen Schichten ist eine lichtempfindliche Schicht 3, die zwei transparente Elektroden 9 umfasst, zwischen denen eine Fotodetektionsschicht 10 angeordnet ist. Die Fotodetektionsschicht 10 umfasst vorzugsweise eine Fotodiode, die aus amorphem Silizium hergestellt ist. Die Struktur der Schichten wird durch ein vergrößertes Detail 33 des Detektors 1 in 1 klarer.
Dadurch, dass das Messvolumen 4 vollständig von einem Fotodetektor 3 umgeben ist, erfüllt diese Anordnung die Anforderung des Erfassens des gesamten Lichts im Messvolumen 4.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform werden gemäß 2 Siliziumfotodioden, die aus Einkristallsilizium hergestellt werden, als Fotodetektoren 3 verwendet. Es wird sichergestellt, dass der Umfang des Messvolumens 4 so vollständig wie möglich durch die verschiedenen Siliziumfotodioden umfangen wird.
Diese Fotodioden werden so ausgewählt, dass sie gegenüber dem Licht empfindlich sind, das von der im Detektor 1 verwendeten Lichtquelle ausgesendet wird.
Ein nicht absorbierender optischer Diffusor 12 wird zwischen das Messvolumen 4 und den Fotodetektoren 3 angeordnet. Zu diesem Zweck wird für die Wandung des Spinnschachts 18 ein nicht absorbierendes, optisch diffundierendes Material verwendet. Das gesamte Licht im Messvolumen 4 fällt schließlich auf den Diffusor 12. Die räumlichen Eigenschaften dieses Lichts werden im Diffusor 12 statistisch ausgemittelt. Ein Teil dieses Lichts trifft dann durch den Diffusor 12 hindurch auf die Fotodetektoren 3. Auf diese Weise wird eine Probe des gesamten Lichts im Messvolumen 4 gemessen, und die Probe wird über das gesamte Messvolumen 4 gleichmäßig gezogen, was dazu führt, dass diese zweite bevorzugte Ausführungsform die Anforderungen erfüllt. Auf diese Weise werden die Auswirkungen der nicht empfindlichen Orte zwischen den Fotodetektoren 3, die durch die planare Konstruktion dieser Fotodetektoren 3 und der Lichtquellen 2 verursacht werden, ausgeschaltet.
Leuchtdioden (LED) werden als die Lichtquelle 2 verwendet. Prinzipiell genügt eine Leuchtdiode, damit der Detektor 1 funktioniert, doch liefert die von mehreren Leuchtdioden in das Messvolumen 4 eingeführte Lichtmenge einen größeren elektrooptischen Rauschabstand.
Die Lichtquellen 2 werden zwischen den Fotodetektoren 3 angebracht und beleuchten das Messvolumen durch den Diffusor 12 hindurch.
Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads zusammen mit ihrer Absorption durch die meisten farbigen Fremdfasern und Fremdmaterialien werden vorzugsweise gelbe Leuchtdioden verwendet.
Die elektrooptischen Komponenten des Detektors 1 können in verschiedener Weise auf dem Spinnschacht 18 angeordnet werden. Eine erste Möglichkeit besteht darin; die Lichtquellen 2 und die Fotodetektoren 3 direkt auf dem Außenumfang anzubringen. Eine andere Möglichkeit ist, zuerst die Komponenten auf einer Halterung anzubringen, die dann ihrerseits auf die Außenwandung des Spinnschachts 18 gesetzt wird.
Signalverarbeitung
Beide bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der gleichen Art und Weise gesteuert. Beispielsweise, jedoch nicht als Einschränkung, kann die Signalverarbeitung gemäß 4 durchgeführt werden.
Eine Steuerschaltung 22 wird zum Senden eines Stroms 23 durch die Lichtquelle 2 verwendet. Als Folge hieraus imitiert die Lichtquelle 2 Licht in das Messvolumen 4.
Die durch die Bezugszeichen 24 bis 32 angegebenen Komponenten bilden zusammen die Signalverarbeitungseinheit 21.
Der Signalstrom 24 aus den Fotodetektoren 3 wird mit Hilfe eines Verstärkers 25 verstärkt. Das verstärkte Signal 26 ist zur gemessenen Absorption proportional.
Die Variationen im verstärkten Signal 26 werden über ein Hochpassfilter 27 in einem Wechselspannungsverstärker 28 verstärkt. Das Ausgangssignal 29 aus dem Wechselspannungsverstärker 28 ist zur Variation der Absorption proportional.
Dieses Ausgangssignal 29 aus dem Wechselspannungsverstärker 28 wird in einen Analog-Digital-Wandler 30 eingespeist. Die Daten 31 aus dem Analog-Digital-Wandler 30 werden durch einen programmierbaren digitalen Computer 32 weiter verarbeitet.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Fremdmaterialien in einem Textilmaterial (5), das in einem Messvolumen (4) vorhanden ist, wobei das Messvolumen durch eine Wandung (6) eingefasst ist, die mit Ausnahme einer oder mehrerer Öffnungen das Textilmaterial umgibt, welches die folgenden Schritte aufweist: – Belichten des Textilmaterials (5) in dem Messvolumen (4) mit Messlicht mit einer oder mehreren Wellenlängen unter Verwendung mindestens einer Lichtquelle, wobei die eine oder mehreren Wellenlängen des Lichts so ausgewählt sind, dass Fremdmaterial und Textilmaterial unterschiedliche spezifische Absorptionen des Messlichts aufweisen; – Erfassen mindestens einer repräsentativen Abtastung im Messvolumen (4) vorhandenen Messlichts, die über das gesamte Messvolumen unter Verwendung eines oder mehrerer Photodetektoren abgenommen wird, wobei mindestens eine Lichtquelle und der eine oder die mehreren Photodetektoren außerhalb und um das Messvolumen (4) herum angeordnet sind, wobei der eine Photodetektor das Messvolumen vollständig umgibt oder die mehreren Photodetektoren das Messvolumen so vollständig wie möglich umgeben, wobei das Messvolumen durch die mindestens eine Lichtquelle oder einen Diffusor, der zwischen dem Messvolumen und dem einen oder den mehreren Photodetektoren angeordnet ist, gleichmäßig belichtet wird, oder optisch diffundierendes Material für die Wandung (6) verwendet wird, wobei der eine oder die mehreren Photodetektoren ein erstes elektrisches Signal (24) gemäß dem während des Erfassungsschritts erfassten Messlicht erzeugen, wenn das zu erfassende Textilmaterial im Messvolumen (4) vorhanden ist, – Ableiten vom ersten elektrischen Signal (24) eines Absorptionswerts der Absorption des Messlichts durch das Textilmaterial (5) durch Vergleichen des ersten elektrischen Signals (24) mit einem zweiten elektrischen Signal, das gemäß im Messvolumen (4) erfassten Messlichts ermittelt wird, wenn kein oder nicht verunreinigtes Textilmaterial im Messvolumen (4) vorhanden war; und – Bestimmen aus diesem Absorptionswert, ob Fremdmaterial im Textilmaterial (5) vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen zur Reflexion und zum Hindurchlassen nicht getrennt angesteuert werden und Reflexionen vom Hintergrund- und vom Textilmaterial (5) nicht notwendigerweise aufeinander abgestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (6) eine lichtdurchlässige Wandung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum des Messlichts so gewählt wird, dass der Absorptionskoeffizient des Textilmaterials (5) dieses Lichts kleiner als der Absorptionskoeffizient eines Fremdmaterials ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum des Messlichts so gewählt wird, dass das Textilmaterial (5) dieses Licht zu einem beträchtlichen Maß nicht absorbiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es auch die folgenden Schritte aufweist: – das erste durch Umwandlung des erfassten Lichts erzeugte elektrische Signal (24), ist ein proportionales elektrisches Signal (24), – Interpretation dieses Absorptionswerts ergibt den Verunreinigungsgrad durch Fremdmaterialien.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messlicht eine Vielzahl von Wellenlängen oder mehrere Bandbreiten aufweist, die Photodetektoren mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Bandbreiten erfassen und im Ableitungsschritt ein Wert für eine gewichtete Absorption der Vielzahl von Wellenlängen oder mehrerer Lichtbandbreiten für die verwendeten Wellenlängen erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht, das in das Messvolumen (4) eingeführt wird, ein Licht von mehr als einer Farbe oder einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbands ist, und der Wert für die Absorption separat für jede Farbe oder jede Wellenlänge oder jedes Wellenlängenband erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Grad der Verunreinigung ein Verunreinigungsindex zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eingesetzt wird, während das Textilmaterial (5) sich in Bewegung befindet oder verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem einen Schritt umfasst, der die Bewegung oder die Verarbeitung stoppt, wenn ein Fremdmaterial im Textilmaterial (5) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen ein Zylinder, eine Kugel, ein Schacht oder ein Schlitz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Wandung (6) gegenüber durch eine Bewegung des Textilmaterials im Messvolumen (4) erzeugter Reibung beständig ist.
Detektor (1) zum Erfassen von Fremdmaterialien in einem Textilmaterial (5), das in einem Messvolumen (4) vorhanden ist wobei der Detektor aufweist: – mindestens eine Lichtquelle (2) zum Belichten des Textilmaterials (5) im Messvolumen (4) mit Messlicht mit einer oder mehreren Wellenlängen; – einen oder mehrere Photodetektoren (3), welche Messlicht im Messvolumen (4) in ein erstes elektrisches Signal (24) umwandeln, wenn das zu erfassende Textilmaterial im Messvolumen (4) vorhanden ist, und – eine Signalverarbeitungseinheit (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen durch eine Wandung (6) eingefasst ist, welche mit Ausnahme einer oder mehrerer Öffnungen das Textilmaterial umgibt; – die eine oder mehreren Wellenlängen des Lichts so ausgewählt sind, dass Fremdmaterial und Textilmaterial unterschiedliche spezifische Absorptionen des Messlichts aufweisen; – wobei mindestens eine Lichtquelle und der eine oder die mehreren Photodetektoren (3) außerhalb und um das Messvolumen (4) herum in einer solchen Weise angeordnet sind sowie die Form des Messvolumens so ist, dass der eine oder die mehreren Photodetektoren mindestens eine repräsentative Abtastung des im Messvolumen (4) vorhandenen Messlichts erfassen, wie es über das gesamte Messvolumen (4) abgenommen wird, wobei der eine Photodetektor das Messvolumen vollständig umgibt oder die mehreren Photodetektoren das Messvolumen so vollständig wie möglich umgeben, wobei das Messvolumen von der mindestens einen Lichtquelle oder einem zwischen dem Messvolumen und dem einen oder den mehreren Photodetektoren angeordneten Diffusor gleichmäßig belichtet wird oder optisch diffundierendes Material für die Wandung (6) verwendet wird; und die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, aufgrund eines Absorptionswerts, der durch einen Vergleich des ersten elektrischen Signals (24) mit einem zweiten elektrischen Signal abgeleitet wird, das gemäß einem im Messvolumen (4) erfassten Messlicht ermittelt wird, wenn kein Textilmaterial oder ein nicht verunreinigtes Textilmaterial im Messvolumen (4) vorhanden war, festzustellen ob Fremdmaterialien im Textilmaterial (5) vorhanden sind.
Detektor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für das Spektrum des Messlichts der Absorptionskoeffizient des Textilmaterials (5) geringer als der Absorptionskoeffizient eines Fremdmaterials ist.
Detektor (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum des Messlichts vom Textilmaterial (5) zu einem beträchtlichen Maß nicht absorbiert wird.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) aus einer Leuchtdiode, einer Glühlampe oder einer Bogenlampe ausgewählt wird.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine elektrolumineszente Schicht ist.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) gelbes oder grünes Licht emittiert.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Photodetektoren (3) Silizium-Photodetektoren sind.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Photodetektoren (3) im Vakuum auf ein Substrat abgeschieden werden.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Lichtquelle (2) emittierte Licht in der Intensität moduliert ist.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen (4) ein Zylinder, eine Kugel, ein Schacht oder ein Schlitz ist.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (6) gegenüber durch eine Bewegung des Textilmaterials im Messvolumen (4) erzeugter Reibung beständig ist.
Detektor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (6) eine lichtdurchlässige Wandung ist.
Verwendung eines in einem der Ansprüche 13 bis 24 beschriebenen Detektors (1) zum Erfassen von Fremdfasern oder Fremdmaterialien in einer der folgenden Maschinen: einer Karde, einer Verstreckungsbank, einer Ringspinnmaschine, einer Luftdüsenspinnmaschine, einer Offen-End-Spinnmaschine, einer chemischen Spinnmaschine, einer Spulmaschine, einer Fachmaschine, einer Kämmmaschine, einem Spulenfeld, einer Texturiermaschine, einem Webstuhl.
Erfassung von Fremdmaterialien in einem Garn auf einem Detektor (1) auf einer Offen-End-Spinnmaschine unter Verwendung eines in einem der Ansprüche 13 bis 24 beschriebenen Detektors, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung auf der Ebene des Spinnschachts (18) geschieht.
Erfassung von Fremdmaterialien nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Detektors (1) direkt auf dem Umfang des Spinnschachts (18) angeordnet sind.
Erfassung von Fremdmaterialien nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Detektors (1) auf einer Halterung angeordnet sind, die auf der Außenwand des Spinnschachts (18) befestigt ist.
Erfassung von Fremdmaterialien irr einem Faserband unter Verwendung eines in einem der Ansprüche 13 bis 24 beschriebenen Detektors (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung auf der Ebene des Fadenbrechers oder auf der Ebene des Rotoreingangs auf einer Offen-End-Spinnmaschine durchgeführt wird.
Erfassung von Fremdmaterialien in einem Faserband unter Verwendung eines in einem der Ansprüche 13 bis 24 beschriebenen Detektors (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung am Ausgang einer Karde durchgeführt wird.
Erfassung von Fremdmaterialien in einem Faserband unter Verwendung eines in einem der Ansprüche 13 bis 24 beschriebenen Detektors (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung am Eingang oder am Ausgang einer Verstreckungsbank durchgeführt wird.