EP2092098A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen und ausscheiden von fremdstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen und ausscheiden von fremdstoffen

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Publication number
EP2092098A1
EP2092098A1 EP06830019A EP06830019A EP2092098A1 EP 2092098 A1 EP2092098 A1 EP 2092098A1 EP 06830019 A EP06830019 A EP 06830019A EP 06830019 A EP06830019 A EP 06830019A EP 2092098 A1 EP2092098 A1 EP 2092098A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
material flow
receiving device
radiation
mirror
radiation source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06830019A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Jossi
Andreas Meyenhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jossi Holding AG
Original Assignee
Jossi Holding AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jossi Holding AG filed Critical Jossi Holding AG
Publication of EP2092098A1 publication Critical patent/EP2092098A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G31/00—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop motions
    • D01G31/003—Detection and removal of impurities
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8914—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined
    • G01N21/8915—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined non-woven textile material

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting and eliminating foreign substances in a pneumatically conveyed material flow of fibrous material according to the preamble of claim 1 and claim 6, respectively.
  • Such devices are primarily used in spinning mills for cleaning raw cotton. This raw cotton can often be interspersed with undesirable for the spinning process foreign matter.
  • Foreign substances are, for example, cords, jute or other tissue shreds, plastic films or metal particles.
  • This object is achieved according to the invention with a method which has the features in claim 1.
  • tion only the directional reflection to generate a separation signal is advantageously used the property of plastic particles, that their surface is formed shiny or specularly reflective. Since cotton and natural impurities such as trash either diffusely reflect or absorb the light radiation, plastic impurities can therefore be detected relatively easily.
  • An excretion signal is generated only with a signal of predetermined duration and intensity, as may be caused only by a directed reflection, wherein for detecting the directional reflection preferably a maximum duration and a minimum intensity is predetermined.
  • the foreign matter can be illuminated at an observation time, for example, by a point light source, wherein the reflections of (eg) cameras can be detected from different directions.
  • a plurality of radiation sources may be provided.
  • the material flow is irradiated at a time of observation only by a radiation source or by a group of radiation sources.
  • the material stream may be alternately irradiated in a predetermined order from radiation sources or groups of radiation sources. In this way it can be ensured that at least one reflection can be detected for foreign substances with almost any orientation of the reflective surface.
  • the foreign matter may be illuminated sequentially, each time being detected by a plurality of receiving devices from different directions. In this case, one or more point light sources can be controlled in different ways. It can be advantageous if a plurality of receiving devices is provided, wherein each receiving device receives an image at the time of observation. This arrangement has the advantage that the detection and separation effect can be significantly increased.
  • the detection of the foreign substances can be done with the help of a camera, in particular a flat or line-like alslosenden black and white camera (B / W camera) or a single sensor.
  • the sensor signals can be evaluated by means of an evaluation unit, which detects a foreign matter when a certain brightness value is exceeded and generates a control signal.
  • an arrangement of radiation source and recording device is provided, which is designed such that the reflected due to irradiation by the radiation source of the foreign substances beam can be detected by the receiving device. In this way, the specular reflection of the glossy surfaces of the foreign substances can be recognized.
  • Each receiving device may be provided with a plurality of radiation sources, which are arranged around the receiving axis of the receiving device.
  • the radiation sources can lie on a plane extending vertically to the recording axis.
  • the radiation sources can preferably be distributed uniformly on a circle or a spherical cap around the receiving axis.
  • Each radiation source may be provided with a plurality of recording devices, which are arranged around the radiation axis.
  • the radiation sources can be placed on a axis of the receiving device vertically extending plane lie.
  • the receiving devices can preferably be distributed uniformly on a circle around the radiation axis.
  • a plurality of receiving devices may be provided, which lie on a vertical plane to the radiation axis.
  • the receiving devices can preferably be arranged distributed uniformly on a circle around the radiation axis.
  • an LED arrangement with a multiplicity of LED lighting elements can be arranged as point light sources (radiation sources) at a distance from the presentation channel.
  • the point light sources can be controlled and activated individually, in groups or as a whole.
  • the device may have a control device for controlling the radiation sources, which is designed such that the radiation sources can be activated individually or in groups in a predetermined sequence.
  • the receiving device may be a camera or an electromagnetic single sensor.
  • each S / W camera is preferably assigned a color camera.
  • the presentation channel and the receiving device can be arranged against the receiving device tapering cone, in particular a glass cone. In this way, unwanted, disturbing reflections can be prevented.
  • the device may comprise a rotatable mirror wheel for scanning the material flow with polygonal mirror surfaces, with which the radiation of the radiation source can be deflected in the direction of the flow of material.
  • a rotatable mirror wheel for scanning the material flow with polygonal mirror surfaces, with which the radiation of the radiation source can be deflected in the direction of the flow of material.
  • each mirror surface of the mirror wheel is provided with a polarization filter, wherein preferably at least two mirror surfaces have polarization filters with different polarization directions and wherein particularly preferably each mirror surface has a polarization filter with different polarization directions.
  • the mirror wheel can be, for example, a five-surface mirror wheel, on which a non-polarizing mirror surface as well as a respective mirror surface with polarization directions 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° would be mounted.
  • Such a mirror wheel can also be used for conventional devices for detecting and separating foreign substances in a pneumatically conveyed material flow of fibrous material, in particular raw cotton, in which, in an observation tion zone with the aid of at least one electromagnetic radiation source of material flow is irradiated, be advantageous.
  • the receiving device could be equipped with at least one polarizing filter.
  • the receiving device can, for example, have beam splitters with the aid of which a beam can be divided. Depending on a split beam may be assigned a single sensor, wherein at least one of the sensors would be equipped with a polarizing filter.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device as part of a separation plant for cotton fibers
  • FIG. 2 shows a cross section through an arrangement with radiation source and receiving device in a first embodiment
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the arrangement with a plurality of radiation sources and a receiving device
  • FIG. 4 shows the arrangement according to FIG. 3 in a further illustration
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the arrangement with a light source and a plurality of receiving devices
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of the arrangement with two
  • Radiation sources each radiation source are associated with two receiving devices,
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the arrangement with a presentation channel containing a glass cone
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the arrangement with an LED arrangement and two receiving devices
  • FIG 9 shows a seventh embodiment of the arrangement with a mirror wheel.
  • FIG. 1 shows a device, designated 1, for detecting and separating foreign substances in a pneumatically conveyed material stream of raw cotton.
  • This basic structure known per se consists essentially of an arrangement 2 of radiation source and receiving device, an evaluation unit 5 and a separation device 6 for separating foreign substances from the cotton stream.
  • the arrangement 2, which is arranged in the region of a presentation channel 7, can detect foreign substances.
  • colorless plastic impurities can be detected from the cotton stream in a particularly efficient manner. The operation and the structure of this arrangement will be described in detail in the following figures.
  • the detected foreign substance is later led away via a separating tube 16 or another derivative until it finally reaches a separating container (not shown).
  • the excretion is carried out by way of example by means of compressed air (indicated by compressed air source 17 and control valve 18) either directly by blowing out the foreign substance or by Acting a flapper.
  • compressed air indicated by compressed air source 17 and control valve 18
  • any separation process would be suitable for a material flow which is pneumatically required in a pipe 15.
  • the arrangement according to Figure 2 has a radiation source 3, with which particles of the material flow (the direction of which is indicated by an arrow) are irradiated.
  • the radiation source can be designed as a light source, in particular as a point light source.
  • a radiation source which emits the UV or infrared radiation in particular in the region of so-called “near infrared" (NIR, approximately 800-2,500 nm).
  • NIR near infrared
  • a point light source is selected as the radiation source by way of example.
  • the recording device 4 With the aid of the recording device 4, the beam reflected by the particles as a result of the illumination is detected in an observation zone B.
  • the recording device can be, for example, a B / W matrix camera.
  • electromagnetic (or optoelectronic) sensors are also suitable as recording devices.
  • the detection of the foreign particles by means of the S / W camera or an electromagnetic sensor is effected in that the image divided into pixels is evaluated with the aid of an evaluation unit which detects a foreign substance when a specific brightness value is exceeded.
  • a particle P is sequentially illuminated (stroboscopic effect). This is indicated in Figure 2 with Pl to Pn, where Pn relates to the particle at a time t n .
  • the recording device 4 is advantageously synchronized with the point light source 3 by means of a control unit and is operated such that of the same particle P several shots (ie just Pl .. Pn) are made.
  • the particle P is illuminated from a different direction each time, since the particle shifts from recording to recording with respect to the recording device and the point light source.
  • colorless (white or transparent) plastic impurities can be easily recognized by taking advantage of their shiny surface character.
  • FIGS. 3 and 4 show an arrangement 2 with a receiving device 4 and a plurality of point light sources 3.
  • the cotton material stream is illuminated per shot by one or a group of point light sources, with different point light sources activated for each shot.
  • the recording device 4 for example an S / W camera
  • the recording device 4 is operated in such a way that several pictures are taken of the same particle.
  • the material flow is irradiated at a time of observation only by a radiation source or by a group of radiation sources.
  • the arrangement according to FIG. 3 has the advantage over the arrangement according to FIG. 2 that a larger number of different arbitrary angular positions can be covered.
  • the point light sources 3 are arranged uniformly distributed on a circle K. This circle K lies on a plane which extends vertically to the receiving axis A of the receiving device 4, wherein the center of the circle is predetermined by the axis A.
  • the arrangement 2 can have a plurality of receiving devices 4 and only one single point light source 3.
  • the recording devices 4 are aligned with respect to the observation zone in the presentation channel 7 with respect to the axis of the light cone L of the point light source.
  • Analogous to FIG. arranged receiving devices 4 on a circle, wherein the center of the circle is here, however, given by L.
  • a particle is thus simultaneously recorded by a plurality of (here: four) recording devices at a specific observation time.
  • recording devices for example, S / W matrix or line scan cameras can be used.
  • a plurality of (here: two) point light sources 3 are provided.
  • Each point light source 3 is associated with an S / W camera 4 'and a color camera 4' '.
  • Such a combination of cameras has the advantage that in addition to the detection of plastic impurities and textile contaminants are recognizable (see Fig. 8).
  • a camera is enclosed in the region of the narrow end of a glass cone 9.
  • a glass cone can prevent undesirable reflections and impurities, such as may occur in a disk located between the camera and the transport channel (see, for example, Fig. 2).
  • air-conditioning or other precautions must generally be taken.
  • point light sources can be arranged in an LED arrangement.
  • This LED array denoted by 8 has a plurality of LED lighting elements 3 as point light sources.
  • the advantages of a black-and-white camera and a color camera can be combined with each other.
  • all LED light elements are activated, whereby a surface (diffuse) illumination source arises without interfering shadow effects and reflexes for the color recognition.
  • the LED lighting elements are only individually or possibly groupwise controlled and activated.
  • Optimal detection of plastic contaminants and textile contaminants can be achieved by alternately operating the LED array and synchronized receptacles 4 'and 4 ". That is, at an observation time, the camera 4 'picks up the reflections, and in a subsequent observation time, the camera 4''takes color images.
  • Figure 9 shows an embodiment of an arrangement in which a rotatable mirror wheel is used.
  • Directed light of a point light source 3 (for example of a laser) is guided via a - preferably with the beam path of the associated sensor - beam coupling 19 to the mirror wheel 10 and deflected by a mirror surface 12 in the direction of the present in the presentation channel 7 material flow.
  • a point light source 3 for example of a laser
  • the mirror wheel 10 deflected by a mirror surface 12 in the direction of the present in the presentation channel 7 material flow.
  • a concave mirror 13 and a planar auxiliary mirror can be seen for this purpose, with the aid of which the light beam can be moved almost vertically to the presentation channel 7 at a suitable entry angle.
  • the mirror surfaces 12 are advantageously equipped with differently oriented polarization filters, whereby each observation object (particles) can be observed in succession under different polarization conditions.
  • each observation object particles
  • FIG. 9 a five-surface mirror wheel is shown which can be used with particular preference.

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Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Rohbaumwolle, bei dem in einer Beobachtungszone mit Hilfe wenigstens einer Punktlichtquelle (3) der Materialstrom beleuchtet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der von den Fremdstoffen infolge Beleuchtung reflektierte Strahl mittels wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung detektiert und mittels einer Auswerteeinheit in ein Steuersignal umgewandelt wird und dass eine in Förderrichtung nach der Beobachtungszone angeordnete Ausscheidevorrichtung zum Ausscheiden des Fremdstoffs aktiviert wird. Die Auswerteeinheit ist derart programmiert, dass nur bei einer gerichteten Reflexion von vorbestimmter Dauer und Intensität ein Ausscheidesignal generiert wird. Dazu ist eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (3) vorgesehen, wobei der Materialstrom zu einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle (3) oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen (3) bestrahlt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Fasermaterial gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 6. Derartige Vorrichtungen werden in erster Linie in Spinnereien zum Reinigen von Rohbaumwolle eingesetzt. Diese Rohbaumwolle kann häufig mit für den Spinnprozess unerwünschten Fremdstoffen durchsetzt sein. Fremdstoffe sind beispielsweise Schnüre, Jutefetzen oder andere Gewebefetzen, Kunststofffolien oder Metallteilchen.
Ein gattungsmässig vergleichbares Verfahren und eine Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 297 19 245 Ul bekannt geworden. Dabei werden die Baumwollflocken in einem pneumatischen Förderstrom durch einen Präsentationskanal geführt und mit Hilfe von Farbsensoren und Infrarotsensoren überwacht. Zugehörige Strahlungsquellen emittieren jeweils Licht und Infrarotstrahlung. In der Praxis hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, farblose (d.h. entweder weisse oder transparente) Kunststoff-Verunreinigungen zu erkennen und auszuscheiden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe Fremdstoffe wirksam erkannt und ausgeschieden werden können. Dabei sollen insbesondere farblose Kunststoff-Verunreinigungen, insbesondere also weisse oder transparente Kunststoffpartikel, sicher erkennbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Durch die Verwen- dung nur der gerichteten Reflexion zum Generieren eines Ausscheidesignals wird auf vorteilhafte Art und Weise die Eigenschaft von Kunststoffpartikeln genutzt, dass deren Oberfläche glänzend bzw. spiegelnd reflektierend ausgebildet ist. Da Baumwolle und natürliche Verunreinigungen wie Trash die Lichtstrahlung entweder diffus reflektieren oder aber absorbieren, lassen sich somit Kunststoff-Verunreinigungen verhältnismässig einfach erkennen. Ein Ausscheidesignal wird nur bei einem Signal von vorbestimmter Dauer und Intensität generiert, wie es nur von einer gerichteten Reflexion verursacht sein kann, wobei zum Erkennen der gerichteten Reflexion bevorzugt eine Maximaldauer und eine Minimalintensität vorgegeben ist. Der Fremdstoff kann in einem Beobachtungszeitpunkt beispielsweise von einer Punktlichtquelle beleuchtet werden, wobei die Reflexionen von (z.B.) Kameras aus verschiedenen Richtungen erfasst werden können.
In einer ersten Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Strahlungsquellen vorgesehen sein. Dabei wird der Materialstrom in einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen bestrahlt.
Der Materialstrom kann in einer vorbestimmten Reihenfolge von Strahlungsquellen oder von Gruppen von Strahlungsquellen abwechselnd bestrahlt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei Fremdstoffen mit nahezu beliebiger Orientierung der reflektierenden Oberfläche mindestens eine Reflexion erfasst werden kann. Der Fremdstoff kann sequentiell beleuchtet werden und dabei jedes Mal von mehreren Aufnahmeeinrichtungen aus verschiedenen Richtungen erfasst werden. Dabei können eine oder mehrere Punktlichtquellen auf unterschiedliche Weise angesteuert werden . Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen ist, wobei jede Aufnahmeeinrichtung im Beobachtungszeitpunkt jeweils ein Bild aufnimmt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Erkennungs- und Ausscheidewirkung erheblich erhöht werden kann.
Die Detektion der Fremdstoffe kann mit Hilfe einer Kamera, insbesondere einer flachig- oder zeilenartig auflosenden Schwarz- Weiss-Kamera (S/W-Kamera) oder einem Einzelsensor erfolgen. Dabei können die Sensorsignale mit Hilfe einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, die bei Überschreiten eines bestimmten Helligkeitswertes einen Fremdstoff detektiert und ein Steuersignal erzeugt .
In vorrichtungsmassiger Hinsicht ist eine Anordnung aus Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass der infolge Bestrahlung durch die Strahlungsquelle von den Fremdstoffen reflektierte Strahl von der Aufnahmeeinrichtung detektiert werden kann. Auf diese Weise lasst sich die spiegelnde Reflexion der glanzenden Oberflachen der Fremdstoffe erkennen.
Je Aufnahmeeinrichtung kann eine Mehrzahl von Strahlungsquellen vorgesehen sein, die um die Aufnahmeachse der Aufnahmeeinrichtung herum angeordnet sind. Die Strahlungsquellen können auf einer zur Aufnahmeachse vertikal verlaufenden Ebene liegen. Bevorzugt können dabei die Strahlungsquellen gleichmassig verteilt auf einem Kreis oder einer Kugelkalotte um die Aufnahmeachse angeordnet sein.
Je Strahlungsquelle kann eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sein, die um die Strahlungsachse herum angeordnet sind. Dabei können die Strahlungsquellen auf einer zur Aufnahme- achse der Aufnahmeeinrichtung vertikal verlaufenden Ebene liegen. Dabei können die Aufnahmeeinrichtungen bevorzugt gleichmäs- sig verteilt auf einem Kreis um die Strahlungsachse angeordnet sein .
Je Strahlungsquelle kann eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sein, die auf einer zur Strahlungsachse vertikal verlaufenden Ebene liegen. Dabei können die Aufnahmeeinrichtungen bevorzugt gleichmässig verteilt auf einem Kreis um die Strahlungsachse angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann in einem Abstand vom Präsentationskanal eine LED-Anordnung mit einer Vielzahl von LED- Leuchtelementen als Punktlichtquellen (Strahlungsquellen) angeordnet sein. Je nach Betriebsart können die Punktlichtquellen einzeln, gruppenweise oder gesamthaft angesteuert und aktiviert werden .
Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Strahlungsquellen aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass die Strahlungsquellen in einer vorbestimmten Reihenfolge einzeln oder gruppenweise aktivierbar sind.
Die Aufnahmeeinrichtung kann eine Kamera oder ein elektromagnetischer Einzelsensor sein.
Vorteilhaft kann es sein, wenn wenigstens zwei Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind, wobei eine erste Aufnahmeeinrichtung eine S/W-Kamera und eine zweite Aufnahmeeinrichtung eine Farbkamera ist. Dabei kann die Steuereinrichtung derart eingerichtet sein, dass die S/W-Kamera und die Farbkamera sowohl parallel als auch alternierend oder auch gleichzeitig betreibbar sind. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass neben der Erkennung insbesondere von farblosen Kunststoff-Verunreinigungen auch beispielsweise farbige textile Verunreinigungen auf einfache Art und Weise erkannt werden können. Dabei ist bevorzugt jeder S/W- Kamera eine Farbkamera zugeordnet.
Zwischen dem Präsentationskanal und der Aufnahmeeinrichtung kann ein sich gegen die Aufnahmeeinrichtung verjüngender Konus, insbesondere ein Glaskonus, angeordnet sein. Auf diese Weise können unerwünschte, störende Reflexe verhindert werden.
Die Vorrichtung kann ein drehbares Spiegelrad zum Abscannen des Materialstroms mit polygonal angeordneten Spiegelflächen enthalten, mit welchem die Strahlung der Strahlungsquelle in Richtung des Materialstroms ablenkbar ist. Durch eine Verwendung von Polarisationsfiltern kann die Erkennung der Reflexe weiter verbessert werden.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn jede Spiegelfläche des Spiegelrads mit einem Polarisationsfilter versehen ist, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Spiegelflächen Polarisationsfilter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen aufweisen und wobei besonders bevorzugt jede Spiegelfläche einen Polarisationsfilter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen aufweist. Auf diese Weise kann jedes Beobachtungsobjekt hintereinander unter verschiedenen Polarisationsbedingungen beobachtet werden, wodurch die Erkennungssicherheit weiter erhöht werden kann. Das Spiegelrad kann beispielsweise ein fünfflächiges Spiegelrad sein, auf dem eine nicht-polarisierende Spiegelfläche sowie je eine Spiegelfläche mit Polarisationsrichtungen 0°, 45°, 90° und 135° angebracht wären. Ein solches Spiegelrad kann auch für herkömmliche Vorrichtungen zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Fasermaterial, insbesondere von Rohbaumwolle, bei dem in einer Beobach- tungszone mit Hilfe wenigstens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle der Materialstrom bestrahlt wird, vorteilhaft sein.
Statt das Spiegelrad mit Polarisationsfiltern zu versehen, könnte alternativ die Aufnahmeeinrichtung mit wenigstens einem Polarisationsfilter ausgerüstet sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise Strahlungsteiler aufweisen, mit deren Hilfe ein Strahl teilbar ist. Je einem geteilten Strahl kann ein Einzelsensor zugeordnet sein, wobei wenigstens einer der Sensoren mit einem Polarisationsfilter ausgerüstet wäre.
Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung als Bestandteil einer Ausscheideanlage für Baumwollfasern,
Figur 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung mit Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Anordnung mit mehreren Strahlungsquellen und einer Aufnahmeeinrichtung,
Figur 4 die Anordnung gemäss Figur 3 in einer weiteren Darstellung,
Figur 5 eine dritte Ausführungsform der Anordnung mit einer Lichtquelle und mehreren Aufnahmeeinrichtungen, Figur 6 eine vierte Ausführungsform der Anordnung mit zwei
Strahlungsquellen, wobei jeder Strahlungsquelle zwei Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet sind,
Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit einem einen Glaskonus enthaltenden Präsentationskanal,
Figur 8 eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit einer LED-Anordnung und zwei Aufnahmeeinrichtungen, und
Figur 9 eine siebte Ausführungsform der Anordnung mit einem Spiegelrad.
In Figur 1 ist eine mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Rohbaumwolle gezeigt. Dieser an sich bekannte Grundaufbau besteht im Wesentlichen aus einer Anordnung 2 aus Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung, einer Auswerteeinheit 5 und einer Ausscheidevorrichtung 6 zum Ausscheiden von Fremdstoffen aus dem Baumwollstrom. Die Anordnung 2, die im Bereich eines Präsentationskanals 7 angeordnet ist, kann Fremdstoffe detektieren. Mit der in der Figur 1 lediglich stark schematisch dargestellten Anordnung 2 können besonders effizient farblose Kunststoff-Verunreinigungen aus dem Baumwollstrom erkannt werden. Die Wirkungsweise und der Aufbau dieser Anordnung werden in den nachfolgenden Figuren detailliert beschrieben. Bei Detektion eines Fremdstoffes wird dieses Ereignis mittels der Auswerteeinheit 5 in ein Steuersignal umgewandelt, das die Ausscheidevorrichtung 6 aktiviert. Der erkannte Fremdstoff wird später über ein Abscheiderohr 16 oder eine andere Ableitung weggeführt, bis er schliesslich zu einem (nicht dargestellten) Ausscheidebehälter gelangt. In Figur 1 erfolgt die Ausscheidung beispielhaft mittels Druckluft (angedeutet durch Druckluftquelle 17 und Steuerventil 18) entweder unmittelbar durch Ausblasen des Fremdstoffs oder durch Betatigen einer Umlenkklappe. Für die vorliegende Erfindung wurde sich jedoch grundsatzlich jedes Ausscheideverfahren für einen pneumatisch in einem Rohr 15 geforderten Materialstrom eignen.
Die Anordnung gemass Figur 2 weist eine Strahlungsquelle 3 auf, mit welcher Partikel des Materialstroms (dessen Forderrichtung ist mit einem Pfeil angedeutet ist) bestrahlt werden. Die Strahlungsquelle kann als Lichtquelle, insbesondere als Punktlichtquelle ausgebildet sein. Selbstverständlich konnte aber auch eine Strahlungsquelle ausgewählt werden, die die UV- oder Infrarotstrahlung, insbesondere im Bereich von sogenanntem "nahen Infrarot" (NIR, ca. 800-2'500 nm) emittiert. Im vorliegenden sowie in den folgenden Ausfuhrungsbeispielen wird beispielhaft eine Punktlichtquelle als Strahlungsquelle gewählt. Mit Hilfe der Aufnahmeeinrichtung 4 wird in einer Beobachtungszone B der von den Partikeln infolge der Beleuchtung reflektierte Strahl detek- tiert. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise eine S/W- Matrixkamera sein. Als Aufnahmeeinrichtungen kommen selbstverständlich aber auch elektromagnetische (bzw. optoelektronische) Sensoren (einzelne oder array-formige) in Frage. Die Detektion der Fremdpartikel mit Hilfe der S/W-Kamera oder einem elektromagnetischen Sensor erfolgt dadurch, dass das in Pixel aufgeteilte Bild mit Hilfe einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, die bei Überschreiten eines bestimmten Helligkeitswertes einen Fremdstoff detektiert.
Mit der Punktlichtquelle 3 wird ein Partikel P sequentiell beleuchtet (Stroboskopeffekt) . Dies ist in Figur 2 mit Pl bis Pn angedeutet, wobei Pn das Partikel zu einem Zeitpunkt tn betrifft. Die Aufnahmeeinrichtung 4 ist mit der Punktlichtquelle 3 vorteilhaft mit Hilfe einer Steuereinheit synchronisiert und wird derart betrieben, dass vom gleichen Partikel P mehrere Aufnahmen (d.h. eben Pl .. Pn) gemacht werden. Ersichtlicherweise wird dabei das Partikel P jedes Mal von einer andern Richtung beleuchtet, da sich das Partikel von Aufnahme zu Aufnahme bezüglich der Aufnahmeeinrichtung und der Punktlichtquelle verschiebt. Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise farblose (weisse oder transparente) Kunststoff-Verunreinigungen unter Ausnutzung von deren glänzenden Oberflächencharakter einfach erkannt werden können .
In den Figuren 3 und 4 ist eine Anordnung 2 mit einer Aufnahmeeinrichtung 4 und einer Mehrzahl von Punktlichtquellen 3 gezeigt. Der Baumwollmaterialstrom wird pro Aufnahme von einer oder einer Gruppe von Punktlichtquellen beleuchtet, wobei für jede Aufnahme verschiedene Punktlichtquellen aktiviert sind. Die Aufnahmeeinrichtung 4 (beispielsweise eine S/W-Kamera) wird derart betrieben, dass vom selben Partikel mehrere Aufnahmen gemacht werden. Je nach Betriebsmodus wird der Materialstrom zu einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen bestrahlt. Die Anordnung gemäss Figur 3 hat gegenüber der Anordnung gemäss Figur 2 den Vorteil, dass eine grossere Zahl von verschiedenen beliebigen Winkellagen abdeckbar ist. Wie aus Figur 4 hervorgeht, sind die Punktlichtquellen 3 auf einem Kreis K gleichmässig verteilt angeordnet. Dieser Kreis K liegt auf einer Ebene, die vertikal zur Aufnahmeachse A der Aufnahmeeinrichtung 4 verläuft, wobei das Zentrum des Kreises durch die Achse A vorgegeben ist.
Wie Figur 5 zeigt, kann die Anordnung 2 mehrere Aufnahmeeinrichtungen 4 und nur eine einzige Punktlichtquelle 3 aufweisen. Die Aufnahmeeinrichtungen 4 sind gegen die Beobachtungszone im Präsentationskanal 7 bezogen auf die Achse des Lichtkegels L der Punktlichtquelle ausgerichtet. Analog zu Figur 4 sind die Auf- nahmeeinrichtungen 4 auf einem Kreis angeordnet, wobei das Kreiszentrum hier jedoch durch L vorgegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird bei einer sequentiellen Beleuchtung ein Partikel also zu einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt gleichzeitig von mehreren (hier: vier) Aufnahmeeinrichtungen aufgenommen. Als Aufnahmeeinrichtungen können beispielsweise S/W-Matrix- oder -Zeilenkameras verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 sind mehrere (hier: zwei) Punktlichtquellen 3 vorgesehen. Dabei ist jeder Punktlichtquelle 3 eine S/W-Kamera 4' und eine Farbkamera 4'' zugeordnet. Eine derartige Kombination von Kameras hat den Vorteil, dass neben der Erkennung von Kunststoff-Verunreinigungen auch textile Verunreinigungen erkennbar sind (vgl. Fig. 8).
In Figur 7 ist eine Kamera im Bereich des engen Endes eines Glaskonus 9 eingefasst. Ein solcher Glaskonus kann unerwünschte Spiegelungen und Verunreinigungen verhindern, wie sie bei einer zwischen Kamera und Transportkanal sich befindlichen Scheibe auftreten können (vgl. z.B. Fig. 2). Zur Verhinderung von unerwünschten Turbulenzen im Transportkanal, sowie zur Reinhaltung der Kameralinse sind jedoch in der Regel lufttechnische oder andere Vorkehrungen zu treffen.
Wie Figur 8 zeigt, können Punktlichtquellen in einer LED- Anordnung angeordnet sein. Diese mit 8 bezeichnete LED-Anordnung weist eine Vielzahl von LED-Leuchtelementen 3 als Punktlichtquellen aus. Mit einer solchen LED-Anordnung können die Vorteile einer S/W-Kamera und einer Farbkamera miteinander kombiniert werden. Für die Farberkennung mit Hilfe der Farbkamera 4'' werden sämtliche LED-Leuchtelemente aktiviert, wodurch eine flächige (diffuse) Beleuchtungsquelle entsteht ohne für die Farberkennung störende Schatteneffekte und Reflexe. Für die Erkennung der von Kunststoffpartikeln hervorgerufenen Reflexe mit Hilfe der S/W-Kamera 4' hingegen werden die LED-Leuchtelemente nur einzeln oder allenfalls gruppenweise angesteuert und aktiviert. Eine optimale Erkennung von Kunststoff-Verunreinigungen und Textil- Verunreinigungen kann erreicht werden, wenn die LED-Anordnung und die mit dieser synchronisierten Aufnahmeeinrichtungen 4' und 4'' abwechselnd betrieben werden. Das heisst, in einem Beobachtungszeitpunkt nimmt die Kamera 4' die Reflexe auf, und in einem nachfolgenden Beobachtungszeitpunkt nimmt die Kamera 4'' Farbbilder auf.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, bei welcher ein drehbares Spiegelrad verwendet wird. Gerichtetes Licht einer Punktlichtquelle 3 (z.B. eines Lasers) wird über eine - möglichst mit dem Strahlengang des zugeordneten Sensors - Strahleinkopplung 19 zum Spiegelrad 10 geführt und von einer Spiegelfläche 12 in Richtung des im Präsentationskanal 7 befindlichen Materialstroms abgelenkt. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass ein zeilenweises Abscannen möglich ist. In Figur 9 sind hierzu ein Hohlspiegel 13 sowie ein planer Hilfsspiegel erkennbar, mit deren Hilfe der Lichtstrahl nahezu vertikal zum Präsentationskanal 7 in einem geeigneten Eintrittswinkel heranführbar ist. Weiter erkennbar ist ein nicht näher beschriebenes Objektiv 11 vor der Aufnahmeeinrichtung 4. Die Spiegelflächen 12 sind vorteilhaft mit verschieden orientierten Polarisationsfiltern bestückt, wodurch jedes Beobachtungsobjekt (Partikel) hintereinander unter verschiedenen Polarisationsbedingungen beobachtet werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9 ist ein fünfflächiges Spiegelrad gezeigt, das besonders bevorzugt einsetzbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Fasermaterial, insbesondere von Rohbaumwolle, bei dem in einer Beobachtungszone mit Hilfe wenigstens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle (3) der Materialstrom bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Fremdstoffen infolge Bestrahlung reflektierte Strahl der Strahlungsquelle mittels wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (4) detektiert und mittels einer Auswerteeinheit (5) in ein Steuersignal umgewandelt wird, dass durch das Steuersignal eine in Förderrichtung nach der Beobachtungszone angeordnete Ausscheidevorrichtung (6) zum Ausscheiden der Fremdstoffe aktiviert wird, und dass ferner die Auswerteeinheit (5) derart programmiert ist, dass nur bei einer gerichteten Reflexion von vorbestimmter Dauer und Intensität ein Ausscheidesignal generiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (3) vorgesehen ist, wobei der Materialstrom zu einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle (3) oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen (3) bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstrom in einer vorbestimmten Reihenfolge von Strahlungsquellen (3) oder von Gruppen von Strahlungsquellen (3) abwechselnd bestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen (4) vorgesehen ist, wobei jede Aufnahmeeinrichtung zum Beobach- tungszeitpunkt jeweils ein Bild aufnimmt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der Fremdstoffe mit Hilfe einer S/W-Kamera oder einem elektromagnetischen Sensor erfolgt, wobei das in Pixel aufgeteilte Bild mit Hilfe einer Auswerteeinheit (5) ausgewertet wird, die bei Überschreiten eines bestimmten Helligkeitswertes einen Fremdstoff detektiert.
6. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens gemass einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Prasentationskanal (7), der durch wenigstens eine Strahlungsquelle (3) zum Bestrahlen des Materialstroms und wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung
(4) zum Detektieren von Fremdstoffen im Materialstrom beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aus Strahlungsquelle (3) und Aufnahmeeinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass der infolge Bestrahlung durch die Strahlungsquelle von den Fremdstoffen reflektierte Strahl nur bei einer gerichteten Reflexion von vorbestimmter Dauer und Intensität von der Aufnahmeeinrichtung (4) detektiert werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine Punktlichtquelle ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass je Aufnahmeeinrichtung (4) eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (3) vorgesehen ist, die um eine Aufnahmeachse (A) der Aufnahmeeinrichtung (4) herum angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (4) gleichmassig verteilt auf einem Kreis (K) oder einer Kugelkalotte angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass je Strahlungsquelle (3) eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen (4) vorgesehen sind, die um eine Strahlungachse (L) der Strahlungsquelle (3) herum angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtungen (4) gleichmässig verteilt auf einem Kreis oder einer Kugelkalotte angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand vom Präsentationskanal (7) eine LED-Anordnung (8) mit einer Vielzahl von LED- Leuchtelementen (3) als Punktlichtquellen angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Strahlungsquellen aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass die Strahlungsquellen (3) in einer vorbestimmten Reihenfolge einzeln aktivierbar sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (4) eine Kamera oder ein elektromagnetischer Sensor ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung eine S/W-Kamera (4') ist und weiter wenigstens eine Farbkamera (4'') vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder S/W-Kamera (4') eine Farbkamera (4'') zugeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Präsentationskanal (7) und Aufnahmeeinrichtung (4) ein sich gegen die Aufnahmeeinrichtung verjüngender Konus (9), insbesondere ein Glaskonus, angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Abscannen des Materialstroms ein drehbares Spiegelrad (10) mit polygonal angeordneten Spiegelflächen (12) enthält, mit welchem das Licht der Punktlichtquelle (3) in Richtung des Materialstroms ablenkbar ist.
19. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 18, mit wenigstens einer Strahlungsquelle (3) zum Bestrahlen und zum Abscannen eines pneumatisch geförderten Materialstroms und wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (4) zum Detektieren von Fremdstoffen im Materialstrom, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Abscannen des Materialstroms ein drehbares Spiegelrad (10) mit polygonal angeordneten Spiegelflächen (12) enthält, mit welchem das Licht der Punktlichtquelle (3) in Richtung des Materialstroms ablenkbar ist, wobei wenigstens eine Spiegelfläche (12) des Spiegelrads (10) mit einem Polarisationsfilter versehen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spiegelfläche (12) des Spiegelrads (11) mit einem Polarisationsfilter versehen ist, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Spiegelflächen (12) Polarisationsfilter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen aufweisen und wobei besonders bevorzugt jede Spiegelfläche (12) einen Polarisationsfilter mit jeweils unterschiedlicher Polarisationsrichtung aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Spiegelrad (11) eine Spiegelfläche ohne Polarisationsfilter angeordnet ist und dass die anderen Spiegelflächen einen Polarisationsfilter mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen aufweisen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelrad ein fünfflächiges Spiegelrad ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die polarisierten Spiegelflächen jeweils durch Polarisationsrichtungen von 0°, 45°, 90° und 135° definiert sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmeeinrichtung wenigstens ein Polarisationsfilter vorgesehen ist.
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