JP2004535582A - 繊維材料中の夾雑物を識別する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、繊維基本材料（１，３，５）中の夾雑物を識別する方法及び装置であって、繊維基本材料がビーム（３５；３６）を当てられ、基本材料の所で反射されるビーム（４４）が検出されて、電気信号変換されるものに関する。材料中の夾雑物を適切に検出し、かつ互いに区別して、すべて又は望ましくない夾雑物のみを例えば分離できるようにするため、、送出されるビーム（３５；３６）が実質的に２つの限定された異なる波長範囲（λ_１及びλ_２）を持ち、反射されるビームが両方の波長範囲から同時にかつ一緒に検出される。なるべく基本材料の所で夾雑物により反射されるビームが、少なくとも２つの異なる夾雑物（Ｆ１，Ｆ２）に対して、電気信号中に第１の値（３３，３４）を生じるように、ビームの第１の限定された波長範囲（λ_１）が選ばれ、
反射されるビームが、同じ夾雑物に対して、両方の夾雑物に対して第１の波長範囲にある対応電気信号におけるのと同じ関係にない第２の値を持つ電気信号を生じるように、第２の限定された波長範囲が選ばれる。装置は、少なくとも２つの波長範囲にあるビーム（３５，３６）を発するためのビーム源（１９）と、基本材料の所で全部反射されるビームを測定する受信器（２０）とを含んでいる。

Description

【０００１】
本発明は、繊維基本材料中の夾雑物を識別する方法及び装置であって、繊維基本材料がビームを当てられ、基本材料の所で反射されるビームが検出されて、電気信号されるものに関する。
【０００２】
ここで繊維基本材料とは、例えば木綿繊維又はポリエステル繊維又はその混合物等から成る例えばスライバ、ロービング、糸等のような織物繊維から成る繊維複合体、又は例えば不織布、織物、編物等のような繊維複合体から成る複合体を意味する。繊維基本材料とは、夾雑物を含むことがあるけれども量的には優位を占める基本材料を意味する。このような夾雑物は、例えば繊維複合体中の異質繊維、例えば帯片又は繊維に破砕されているプラスチック膜の部分、木綿の（例えば殻部分のような）植物、及び例えば植物の構成部分として現われる毛、羽等のような他の望ましくない物質である。
【０００３】
国際公開ＷＯ９５／２９３９６号からこのような方法及び装置が公知である。基本材料、ここでは例えば糸が、吸収性背景の前で、光源からの白色光で、又は異なる波長の光、例えば異なる光源からの黄、緑及び赤の色で交互に照らされる。基本材料の所で反射される光は、ビームのスペクトル的に異なる成分を時間的に別々に検出する少なくとも１つの受信器により検出される。単一の受信器は異なる色を交互に受信できるか、又は各色に対して固有の受信器が設けられているので、すべての色が異なる受信器により同時に検出される。１つ又は複数の受信器は、ビームの優先的に受信される波長に相当するそれぞれ１つの電気信号を発生する。これらの信号は続いて互いに関係づけられ、望ましくない影響を打消すため例えば互いに相殺される。このような望ましくない影響は、例えば反射される光が糸及び夾雑物の色に関係するのみならず、糸の質量、体積、又は直径にも関係する点にある。信号の前述した相殺により、例えば質量又は体積の影響を分離することができるので、例えば糸の色の影響のみが識別可能になる。こうして材料中の夾雑物を確実に識別することができる。
【０００４】
この方法及び装置の欠点は、信号の処理に費用がかかることである。なぜならば、個々の色成分又は波長成分の信号は、時間制御される複数の光源により時間的に分離されるか、又はフィルタにより場所的に分離されねばならないからである。それから個々の信号は別々に処理され、後で一緒に相殺されるか又は一緒に更に処理される。しかし公知の方法は、複数の異なる夾雑物が基本材料中に場所的に分布して存在する場合、例えば個々の夾雑物を基本材料から分離し、他の夾雑物を意識的に基本材料中に残すため、異なる夾雑物を区別することができるように、個々の夾雑物を別々に検出することができない。
【０００５】
従って本発明の課題は、前記の欠点を回避し、基本材料中の異なる夾雑物が区別されるように、これらの夾雑物を目的に合わせて検出するのを可能にして、すべての夾雑物又は望ましくない夾雑物のみを検出して、例えば分離できる方法及び装置を提案することである。２つ以上の異なる夾雑物形式が存在するという疑いが前もって存在する場合、特にこの可能性が与えられるようにする。
【０００６】
この課題を解決するため、繊維基本材料及び可能性のある夾雑物の所におけるビームの反射の程度が少なくとも一部既知であり、使用されるビームの波長の関数として生じる反射の程度の相違が存在することから出発している。例えば基本材料としての木綿は、ビームの波長の変化の関数として連続的な推移を持っているが、このことは可能性のあるすべての夾雑物に対して当てはまらない。特定の夾雑物は殆ど任意に感じられる推移を持ち、特定の波長では、基本材料と同じ強さでビームを反射するが、別の波長でははるかに少なく又ははるかに多く反射する。従って夾雑物も、ビームの波長に応じて、一部では同じに反射し、一部では異なる強さで反射することができる。
【０００７】
基本材料が、また求められる夾雑物が、選ばれた波長範囲でビームをどのように反射するかについて、まず知るのが有利である。
【０００８】
重要なことは、送出されるビームが実質的に２つの限定された異なる波長範囲を持ち、反射されるビームが両方の波長範囲に対して同時にかつ一緒に検出されることである。限定された波長範囲とは、中心の波長の周りに特定のスペクトル分布を持つ波長範囲を意味する。
【０００９】
基本材料の所で反射されるビームが、少なくとも２つの異なる夾雑物に対して、電気信号中に任意の第１の値を生じるように、ビームの第１の限定された波長範囲が選ばれる。その場合反射されるビームが、同じ夾雑物に対して、両方の夾雑物に対して第１の波長範囲にあるる対応電気信号におけるのと同じ関係にない第２の値を持つ電気信号を生じるように、第２の限定された波長範囲がビームに対して選ばれる。両方の波長範囲にあるビームの出力は、反射されるビームが両方の夾雑物に対して異なる値を生じるように、選ばれる。
【００１０】
これは、１つのビーム源又はこれらの両方の波長範囲にあるビームを基本材料へ向ける複数ビーム源で行うことができ、これらの波長範囲において、反射の強さに関して、両方の夾雑物にとって充分な相違を期待することができる。単一の受信器は、基本材料の所で全部反射されるビームの測定に用いられる。
【００１１】
ビームは、異なるビーム源から出る場合、なるべく混合されるので、均一な混合ビームが基本材料へ当たる。その場合放射される全ビームは、個々の波長範囲における反射の値の和に比例する。従ってこの全ビームは単一のセンサで同時に検出することができる。このセンサは、例えば望ましくない夾雑物を含む基本材料の部分を除去することができる分離装置を操作するために、直接使用可能な信号を発生する。
【００１２】
本発明により得られる利点は、特に、このようにして繊維材料中において特定の夾雑物を適切に探すことができる点にある。それにより、どんな夾雑物を適切に除去でき、場合によってはどれを基本材料中に残すことができるかを、選ぶことが可能である。分離されて制御可能なビーム源が設けられていると、２つの波長範囲を持つビームの強さを変化する状態に合わせることによって、同じ基本材料中に最初に存在した夾雑物を急激に又は次第に引継ぐか又は補足する別の夾雑物に、装置が動作を合わせることができる。即ち装置が企業者又は顧客の要求にも継続的に合わされる。例えばそれにより、植物性夾雑物を除去すべきか又は基本材料中に残すべきかを、決定することができる。装置の選ばれた設計により、両方の波長範囲にあるビームの相対強さを合わせることが可能な場合、接続されるクリアラの感度の適合により、植物性夾雑物の分離効率も制御することができる。
【００１３】
添付図面を参照して本発明を例により次に詳細に説明する。
【００１４】
基本材料が糸により形成されている例について、本発明による方法及び装置を説明する。
【００１５】
図１は、夾雑物２として１片の膜２を持つ基本材料又は糸１を示し、夾雑物は糸の周りにらせん状に巻付いている。
【００１６】
図２は、夾雑物４として個別繊維の集合を持つスライバ、不織布又は糸３を示し、夾雑物は基本材料の色とは異なる色を持っている。
【００１７】
図３は、任意の異物、綿花の殻部分、シラミの卵等のような包有物又は密な形成物を夾雑物６として持つ基本材料としてのスライバ、不織布又は糸５を示している。
【００１８】
図４は横軸７及び縦軸８を持つ線図を示し、横軸に沿って波長の値が記入され、縦軸に沿ってビームの反射の程度の値が記入されている。この線図には、種々の線即ち基本材料例えば木綿に対する線９、第１の夾雑物Ｆ１に対する破線１０、及び第２の夾雑物Ｆ２に対する破線１１が、記入されている。例をもう少し具体的に可能な実際の課題に近づけるため、例えば植物性材料を第１の夾雑物Ｆ１と解釈し、膜から成る赤い繊維を第２の夾雑物Ｆ２と解釈できるものと仮定することができる。これは夾雑物の可能な例の選択としてのみ理解すべきでる。線９は、基本材料の所におけるビームの反射に対する基準値に相当する。線１０及び１１は、特定の波長λ_１，λ_２について測定された反射の値を示す選ばれた点１２，１３，１４，１５を結んでいる。線１０及び１１は、反射の推移を点１２〜１５の間の波長の関数として示すのではなく、同じ夾雑物に相当する点を容易に確認するためにのみ役立つ。
【００１９】
図５は、第１の夾雑物Ｆ１及び第２の夾雑物Ｆ２を持つ基本材料又は特に糸の部分をそれぞれ示している。反射によって発生される電気信号１６及び１７はビームλ_１及びλ_２に対して示されている。信号１８は、２つの波長範囲λ_１及びλ_２から成る混合ビームに対して生じる。これらの信号の水平な部分は、純粋な基本材料又は汚れていない糸の所における反射に対する値に相当し、下方へ向く振幅は、夾雑物により生じる可能性のある反射に対する値に相当している。個々の振幅の原因及び意味については、本発明の説明及び作用に関連して詳細に説明する。
【００２０】
図６は、本発明による方法を実施するための装置の簡単化した図を示している。この装置は、ビーム源１９、基本材料１，３，５の所で反射されるビーム４４のための受信器２０、及び受信器２０から出力される電気信号のための評価装置２１から成っている。ビーム源１９は、例えば第１の波長を持つビーム源としてのＬＥＤと、第２の波長を持つビーム源としての別のＬＥＤから成っている。両方のビーム源のため場合によっては配量される供給、又は一方のビーム源の挿入又は遮断は、制御装置２２を介して行われる。
【００２１】
図７は、ビーム源１９の構成として、なるべく第１の限定された波長範囲にあるビーム及び付加的に第２の限定された波長範囲にあるビームを異なる出力でも放射できるチップ２４を持つ公知の発光ダイオード（周知のようにＬＥＤと称される）を示している。
【００２２】
図８は、同じケース内に取付けられる２つのチップ２６及び２７を持つ発光ダイオード２５を示し、各チップ２６，２７は固有の波長で放射し、そのために固有の端子２８，２９を持っている。
【００２３】
図９は、ビーム源１９の構成として、隣接して設けられて固有の限定された波長範囲にそれぞれ適している２つの発光ダイオード３０ａ及び３０ｂを示している。
【００２４】
図１０は、ビーム源１９として、前後に設けられる２つの発光ダイオード３１及び３２を示し、発光ダイオード３２はいわゆる″チップＬＥＤ″発光ダイオードとして構成されている。
【００２５】
本発明の作用は次の通りである。
例えば基本材料１，３，５中に第１の夾雑物Ｆ１を識別することが重要である場合、図４に従って、夾雑物が送出されたビームを充分強く反射する波長範囲λ_１又はλ_２を選ぶので、基本材料の電気信号とは充分大きく相違する電気信号が生じる。これは、線１０及び１１により示される夾雑物に対して、λ_１において確実に当てはまる。その際生じる電気信号１６は、λ_１を持つビームに対する反射の程度を定め、図５によれば、夾雑物Ｆ１に対して大きい振幅又は値３３を生じ、夾雑物Ｆ２に対して同様に大きい振幅又は値３４を生じる。それは、この場合夾雑物Ｆ１及びＦ２がよく識別可能であることを意味する。しかし実際には、振幅又は値３３と３４との差が僅かなため、Ｆ１とＦ２とを区別することが困難となる。
【００２６】
波長λ_２のビームを送出するビーム源１９により、図４を見ると、夾雑物Ｆ１とＦ２を互いに区別しかつ線９に示すように基本材料に対しても区別することが困難なことがわかる。これは、受信器２０の出力端において振幅又は値３７及び３８で予想される図５の信号推移１７からわかる。
【００２７】
しかし２つの異なる波長範囲を持つビーム３５，３６を送出できる本発明のビーム源１９を使用すると、それにより信号推移１８が受信器２０の出力端に得られる。２つの波長範囲λ_１及びλ_２を持つビームは、夾雑物Ｆ１に対して振幅又は値３９を生じ、夾雑物Ｆ２に対して振幅又は値４０を生じる。信号推移１６に比較して、夾雑物Ｆ１及びＦ２に対する振幅３９及び４０が信号推移１６の振幅３３及び３４より強く区別されることが、直ちにわかる。従ってこの場合夾雑物Ｆ１とＦ２とを弁別するため、両方の最大値の間又は振幅３９と４０との間に限界４１を置くことが可能である。信号推移１８が限界４１を上回ると、夾雑物Ｆ１が識別される。更に値又は振幅４０より下の限界４２が規定されると、信号１８について、それが夾雑物Ｆ１のみを示すか、又は夾雑物Ｆ２のみを示すか、又は両方の夾雑物Ｆ１及びＦ２を示すかどうかを確認することができる。換言すれば、信号１８が限界４２を超過する場合、夾雑物Ｆ１及びＦ２を共に識別することができる。
【００２８】
こうして夾雑物Ｆ１及びＦ２を単独で別々に検出することが可能である。その場合信号推移１８は、例えばビームの３０％が波長λ_２を持ち、残りが波長λ_１を持つという仮定に基いている。
【００２９】
従って前記の方法により、夾雑物Ｆ１を単独に又は夾雑物Ｆ１及びＦ２を共に識別することが可能である。両方の波長範囲の相対強さを選択し、それにより例えば植物を種々に選択可能な程度で除去することも可能である。
【００３０】
方法を実施するために、装置がなるべくビーム源１９を備え、１つの波長範囲にあるビームの出力が他の波長範囲に比較して制御可能であるようにする。これは、図８〜１０に示すようなビーム源と、そのために構成される制御装置２２とによって容易に行われる。
【００３１】
制御装置２２を適切に構成することによって、少なくとも１つの波長範囲にあるビームを挿入及び遮断可能にすることができる。即ち操作者は、装置を新しい基本材料又は別の夾雑物へ容易に合わせることができる。
【００３２】
木綿を糸に加工する際、公知のヤーンクリアラ介入数を限定することが重要である。これらの介入は、糸の製造の際、公知のヤーンクリアラ特にその切断素子で行われる。しかし夾雑物が多く識別されて分離されるほど、製造機械即ち紡糸機又は巻取機がそれだけ頻繁に停止されることを考慮すべきである。従ってどんな夾雑物を分離すべきか、又はどれを切離すべきかを決定することが重要である。これは、例えば最終製品においてどの夾雑物が実際に有害であり、どれが有害でないかについて、前もって決定することによって、行うことができる。例えばいわゆる植物は夾雑物として望ましくないが、それが例えば糸の染色性に悪影響を与えず、従って織布において容易に識別されないので、全く無害である。５２０〜５７０ｎｍの波長範囲にあるビームは、例えば緑、赤又は青のポリプロピレン膜のような別の夾雑物を識別しかつ植物を区別するためによく適している。その場合図４及び５に対する説明を参照して、ポリプロピレン膜は夾雑物Ｆ２にほぼ相当し、これに反し植物は夾雑物Ｆ１にほぼ相当するであろう。
【００３３】
第２の波長範囲λ_２に対しては、例えば赤外線範囲にある波長を持つビームが適している。
【００３４】
例えば公知のヤーンクリアラのように、基本材料から夾雑物を分離する装置４３が設けられている場合、信号がその中に例えばプロセッサに前もって記憶されている限界４１，４２に達するか又はそれを超過すると、評価装置２１によりこの装置４３を動作させることができる。限界は、入力装置を介して評価装置２１へ入力することができる。
【００３５】
この例で仮定しているように、糸の製造の際、このようにして、除去のために必要な時間の間製造即ち紡糸機又は巻取機が停止するように、どの夾雑物が妨害するかを明確に区別できるように、製造を最適化することができる。従って製造前に、どんな夾雑物が多分基本材料中に存在し、どれを実際に除去しようとするかを明らかにする場合、それにより一方では製品の品質を向上させ、また例えばヤーンクリアラの切断回数を限定することにより、製造能力を維持することができる。前述したように糸中ではなく、ロービング、スライバ又は面状織物中で夾雑物を識別する場合、それはビーム源及び受信器の設計、特に夾雑物を分離する装置が存在する場合これに影響を及ぼすだけである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】基本材料中の夾雑物を示す。
【図２】基本材料中の別の夾雑物を示す。
【図３】基本材料中の更に別の夾雑物を示す。
【図４】基本材料及び夾雑物の所における異なる波長範囲のビームによる反射の簡単化した図を示す。
【図５】基本材料及び種々の夾雑物に対して本発明により発生される信号の概略的な組合わせ図を示す。
【図６】本発明による装置の概略図を示す。
【図７】装置の一部の概略図を示す。
【図８】装置の一部の概略図を示す。
【図９】装置の一部の概略図を示す。
【図１０】装置の一部の概略図を示す。

Claims (10)

1. 繊維基本材料（１，３，５）中の夾雑物を識別する方法であって、繊維基本材料がビーム（３５；３６）を当てられ、基本材料の所で反射されるビーム（４４）が検出されて、電気信号変換されるものにおいて、送出されるビーム（３５；３６）が実質的に２つの限定された異なる波長範囲（λ_１及びλ_２）を持ち、反射されるビームが両方の波長範囲から同時にかつ一緒に検出されることを特徴とする、方法。
2. 基本材料の所で夾雑物により反射されるビームが、少なくとも２つの異なる夾雑物（Ｆ１，Ｆ２）に対して、電気信号中に第１の値（３３，３４）を生じるように、ビームの第１の限定された波長範囲（λ_１）が選ばれ、
   反射されるビームが、同じ夾雑物（Ｆ１，Ｆ２）に対して、両方の夾雑物に対して第１の波長範囲にあうる対応電気信号におけるのと同じ関係にない第２の値（３７，３８）を持つ電気信号を生じるように、第２の限定された波長範囲（λ_２）が選ばれる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 夾雑物を区別するため、電気信号に対して、第１の夾雑物及び第２の夾雑物の電気信号の値（３９，４０）の間にある限界（４２）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 一方の波長範囲にあるビームの出力が、他方の波長範囲に比較して制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. ビームが少なくとも１つの波長範囲で挿入及び遮断可能であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. １つの波長範囲に対して、赤外線範囲にある１つの波長を持つビームが選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 一方の波長範囲が、繊維基本材料としての糸にある有害な夾雑物を区別するために考慮されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 少なくとも２つの波長範囲にあるビーム（３５，３６）を発するためのビーム源（１９）と、基本材料の所で全部反射されるビーム（４４）を測定する受信器（２０）とを特徴とする、請求項１に記載の方法を実施するための装置。
9. ビーム源として、２つの異なる波長範囲で放射する発光ダイオード（２３，２５）が使用されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. ビーム源として、２つの発光ダイオード（３０ａ，３０ｂ又は３１，３２）が使用され、その各々が他方の発光ダイオードとは異なる波長範囲で放射することを特徴とする、請求項８に記載の装置。