WO2014089714A2 - Erkennung einer periodischen struktur in einem bewegten länglichen textilmaterial - Google Patents

Erkennung einer periodischen struktur in einem bewegten länglichen textilmaterial Download PDF

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    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the present invention is in the field of textile material testing. It relates to a method and a device for detecting a periodic structure in a moving elongated textile material, according to the preambles of the independent
  • the invention can be used, for example, in yarn testing machines in textile laboratories or in yarn cleaners on spinning or winding machines.
  • the present invention uses the optical sensor principle, the z. B. from WO-2004/044579 AI is known.
  • the textile material is illuminated by a light source and light interacting with the textile material is detected by light detectors.
  • the detected light is a measure of the diameter of the textile material and / or its optical properties such as reflectivity or color.
  • the sensor lines themselves are usually implemented in CMOS or CCD technology and are available on the market. Examples of such optical textile measuring devices are in the specifications CH-643'060 A5,
  • EP-1'553O37 AI discloses a device for measuring speed on a running yarn.
  • the device has a plurality of equidistantly arranged in the direction of the yarn light receiver.
  • the yarn is illuminated in transmission so that its shadow falls on the light receivers.
  • inherent irregularities such as protruding fibers generate time-varying signals in the light receivers.
  • the signals of the individual light receivers are added to form a sum signal.
  • the yarn speed results from the multiplication of the sum signal
  • the scanning signal contains a single frequency component with a certain fundamental frequency.
  • subharmonics of the fundamental frequency occur in the scanning signal.
  • Printed circuit boards with optical waveguide structures and electrical conductor structures are known per se, for example from US-2010/0209854 AI. PRESENTATION OF THE INVENTION
  • the periodic structure should also be quantifiable if possible.
  • the theoretical background of the invention is the system theory for linear systems.
  • the invention is based on the idea that the textile material at several along its
  • Sum signals a local spectrum of the structure of the textile material can be obtained.
  • a Fourier transformation of the structure of the textile material can be produced virtually without any computational effort.
  • the detection points are those points where the textile material is scanned directly. They are as close as possible to the textile material or at his
  • the distance between the textile material and a detection point is preferably between 0.1 mm and a few millimeters. Attached to the detection points are elements intended to receive physical signals bearing information about the textile material. The physical signals can z. B. transmitted by electromagnetic fields.
  • ends of optical waveguides are located at the detection points, and measuring electrodes in another embodiment.
  • a particularly suitable technology for the practice of the invention is an optical waveguide structure integrated on a substrate. First, it allows a dense linear array of many discrete detection sites in a scan area.
  • the smallest equidistance of the detection sites should be at most as large as the smallest spatial period to be detected in the textile material, and the length of the scanning region should be at least as large as the largest detecting spatial period.
  • waveguide branches can be realized with the integrated-optical waveguide structure, by means of which the light components detected at a plurality of detection sites can be brought together so that an optical sum signal results after the merging.
  • optical sum signal or “addition of light components” is meant in the present document the sum or addition of the individual light intensities.
  • the textile material is simultaneously scanned at a plurality of discrete, arranged along its longitudinal direction and equidistantly spaced detection sites, detected at the detection points
  • Scanning signals are added to a sum signal, and due to temporal changes of the sum signal is concluded that a periodic structure of the textile material.
  • multiple groups of each of a plurality of discrete detection sites are provided, wherein the detection sites within each group are equidistant and the aquidistances of the different groups are different.
  • the detected scanning signals are added to a sum signal, and due to temporal changes of the individual
  • Summed signals are compared periodic components in the structure of the textile material. It is advantageous to automatically display values of a variable corresponding to the temporal changes for the several groups in a diagram.
  • each value is given the equidistance of group concerned and / or with a spatial frequency which essentially corresponds to the reciprocal of the Aquidistanz called.
  • the number of groups is, for example, between 2 and 50, preferably between 5 and 20.
  • the number of detection sites is, for example, between 5 and 500, preferably between 20 and 200.
  • All detection points can lie on an equidistant grid.
  • the Aquidistanz the grid is, for example, between 0.1 mm and 10 mm.
  • the scanning is carried out optically at the detection sites.
  • the sum signal may be a sum of intensities of light components detected at the detection sites.
  • the intensities can by means of
  • a speed of the textile material s can be determined by in the
  • the device according to the invention for detecting a periodic structure in a moving elongate textile material comprises a substrate having a plurality of discrete detection points arranged along the longitudinal direction of the textile material and equidistantly spaced from each other for the simultaneous optical scanning of the
  • An optical waveguide structure integrated on a substrate is understood in this document to mean a waveguide structure which is monolithically housed in or on the substrate.
  • the waveguide structure was originally produced on the substrate, for example by technologies such as photolithography and / or doping - in contrast to
  • the integrated optical waveguide structure is inseparably connected to the substrate. It includes a plurality of transparent dielectric layers with different refractive indices. Preferably, a core layer with a higher refractive index is embedded between a lower layer and an upper layer with lower refractive indices, so that light waves can be conducted in the core layer.
  • the waveguide structure can be strip waveguides that conduct light in one direction and / or planar
  • Thin-film conductors in which light can propagate in two directions include.
  • they may include other passive and / or active integrated-optical components such as lenses, beam splitters, reflectors, filters, amplifiers, light sources and / or light receivers.
  • the optical waveguide structure is preferably formed such that in
  • the optical waveguide structure may have at least one branch with at least two branches.
  • the optical waveguide structure may include at least one waveguide for guiding light to the detection sites.
  • the detection sites are preferably provided with at least one converging lens.
  • the decoupling interface can be designed to connect the waveguide structure to an optical connector. It is advantageous if the
  • Decoupling interface is attached to an edge of the substrate.
  • the substrate In a preferred embodiment, several groups of a plurality of discrete detection sites are arranged on the substrate. The detection sites are within each group equidistant, the equidi punching of the various
  • the optical waveguide structure is for combining light portions detected in each group and guiding the individual ones merged light components formed to a decoupling interface.
  • the number of groups is, for example, between 2 and 50, preferably between 5 and 20.
  • UV ultraviolet
  • IR infrared
  • Figures 1 and 2 show schematically two different embodiments of a device according to the invention in plan views.
  • FIG. 3 shows schematically an arrangement of detection waveguides
  • FIG. 4 schematically shows two possibilities for the arrangement of
  • FIG. 5 schematically shows two different textile materials in FIG.
  • FIG. 6 shows (a), (b) possible time profiles of output signals of a
  • FIG. 7 shows a local spectrum obtained according to the invention
  • FIG. 8 schematically shows one end of an optical waveguide, one to
  • FIG. 9 shows schematically a further embodiment of a
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device 1 according to the invention.
  • the device 1 serves to test an elongated textile material 9, for example a yarn, which is moved past the device 1 or past the device 1.
  • the elongated textile material 9 for example a yarn
  • the device 1 comprises a substrate 2 on which a scanning region 3 for optically scanning the textile material 9 is provided.
  • the substrate 2 may consist of a known material such as glass, a plastic, a semiconductor material or impregnated with epoxy glass fiber mat. It is preferably flat and rigid, d. H. practically does not deform.
  • the longitudinal axis and direction 91 of the textile material 9 lies in the plane of the substrate 2, but outside the substrate 2.
  • the scanning region 3 coincides with a part of one side of the rectangular substrate 2, is straight and parallel to
  • a plurality of discrete detection points 43.1-43.5 arranged equidistantly along the longitudinal direction 91 of the textile material 9 are disposed in the immediate vicinity of the textile material 9 or its path for optical scanning of the textile material 9.
  • the number of detection sites is, for example, between 5 and 500, preferably between 20 and 200.
  • On the substrate 2 is an optical waveguide structure 4 for together drove detected at the detection sites 43.1 -43.5 light components and for the management of
  • Embodiment of Figure 1 includes the waveguide structure 4 nine optical strip waveguides 41 .1 -41.5, 42.1-42.4.
  • the waveguide structure 4 may, for. B. be made of a polymer that is sufficiently permeable to the wavelength of light used. It is preferably applied to the substrate 2 by a process that is illustrative.
  • the transverse dimensions (width and height) of a single waveguide 41. 1 - 41 .5, 42. 1 -42.4 can eg. B. between 5 ⁇ and 500 ⁇ , preferably about 50 ⁇ , be.
  • the Wellenleitersiraktur 4 may be located on an outermost layer of the substrate 2 or form an inner layer which is covered by at least one overlying layer. In the latter case, the layer above can
  • Waveguide structure 4 from mechanical damage, pollution and
  • the waveguides 41.1 -41.5, 42.1 -42.4 can be embodied as a single-mode waveguide or as a multimode waveguide.
  • the waveguide structure 4 of Figure 1 has a plurality of intersections of waveguides 41 .1 - 41.5, 42.1 -42.4. Care should be taken to avoid crosstalk from one waveguide to another at these intersections.
  • the person skilled in the art of integrated optics is able to design the waveguide structure 4 in such a way that this condition is well met. This may be the case in particular if the respective crossing angle is close to 90 ° or at least not too acute.
  • the waveguide turret 4 of FIG. 1 has branches, for example Y-branches.
  • the branches can be designed as per se known Verzweigerbaumaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschinemaschine
  • Intersections and branches may include the optical waveguide structure 4 further integrated-optical components. These can be passive and / or active. Examples of such integrated-optical components are lenses, beam splitters, reflectors, filters,
  • Amplifiers, light sources and light receivers can be applied to the substrate 2 as discrete, discrete components.
  • optical elements such as light sources and / or light receivers can be applied to the substrate 2 as discrete, discrete components.
  • light-collecting elements 44 may be mounted as converging lenses to ensure the highest possible light output.
  • light emerging from the end of a thin waveguide is radiated at a large aperture angle: in time reversal, therefore, light from the same large aperture angle is also coupled into the waveguide.
  • the textile material to be tested 9 usually has a small diameter of less than 1 mm, it would be taken without countermeasures of only a small part of the available light, and of this in turn would only a small part back in coupled to a waveguide.
  • the converging lenses 44 serve to avoid such light losses. Their function and structure will be explained in more detail with reference to FIG. Four of the nine waveguides 41.1-41.5, 42.1 -42.4, the following as
  • Lighting waveguides 42.1-42.4 are used to illuminate the textile material 9. For this purpose, they receive light from a transmitter module 62 and direct it into the scanning region 3, where it exits the illumination waveguides 42.1-42.4 and at least partially on the textile material 9.
  • the transmitter module 62 may be attached to the end of a second electrical line 72. The light transfer from the transmitter module 62 into the illumination waveguides 42.1-42.4 takes place at a
  • Einkoppelstrongstelle 52 may, for. B. be designed as a connector.
  • Transmitter module 62 includes, for example, in a row juxtaposed light sources 64.1, 64.2.
  • the light sources 64 may, for. B. be designed as a diode laser or as light emitting diodes.
  • the coupling of the light from the light sources 64.1, 64.2 in the illumination waveguide 42.1-42.4 can by directly illuminating the
  • Illuminating waveguide 42.1-42.4 light is not focused on a small point on the fabric 9, but a longer portion of the textile material 9 illuminated. To ensure an effective coupling of the light in the
  • Illumination waveguide 42.1-42.4 at the coupling interface 52 it is important that the light sources 64.1. 64.2 be positioned as e akt and stable as possible with respect to the illumination waveguide ends.
  • mechanical positioning means 53 for positioning the transmitter module 62 with respect to the substrate 2 are attached to the coupling interface 51.
  • the positioning means 53 may, for. B. be designed as a suitable guides that provide accurate positioning within the connector. They are, as well as the other elements, indicated in Figure 1 only schematically.
  • Detection Waveguide 41.1 -41.5 designates the light that is transmitted by the
  • Detection parts 43.1-43.5 comes to a receiver module 61, which may be attached to the end of a first electrical line 71. The light transfer from the
  • Detection waveguides 41.1-41.5 in the receiver module 61 takes place at a
  • Decoupling interface 51 which is attached to an edge of the substrate 2.
  • Auskoppelitesstelle 51 can also be used as a plug connection with corresponding
  • the receiver module 61 includes, for example, in a row juxtaposed light receiver 63.1, 63.2, each of which is assigned to a group of detection waveguides 41.1-41.5.
  • the light receiver series can z. B. be designed as a CCD array. It would also be possible to combine a plurality of adjacent reception elements, which then form a "composite light receiver.” With regard to the light extraction and the positioning and design of the coupling-out interface 51, what has been said about the coupling interface 52 applies analogously.
  • the branches in the waveguide structure 4 serve to be of a single
  • Light source 64.1 divide emitted light and multiple illumination waveguides
  • the detected scanning signals are added to a sum signal and. due to temporal changes of the individual summation signals, periodic contributions in the structure of the
  • Detection point 43.1, 43.3, 43.5 detected, from each second detection waveguide 41.1,
  • 43.1, 43.3, 43.5 form a second group whose equidistance is twice that of the first group.
  • the receiver od u 1 61 and the transmitter module 62 are connected via the first electrical line 71 and the second electrical line 72 to an electronic unit 70. On the one hand, this controls the transmitter module 62. On the other hand, the electronic unit 70 receives signals from the receiver module 61, evaluates them themselves or forwards them, possibly after preprocessing, to an evaluation unit (not shown). It is advantageous to optically and mechanically precisely define the coupling-out interface 51 and the coupling-in interface 52 and thus to standardize it as it were. Then, the receiving module 61 and the transmitter module 62 with their relatively expensive optoelectronic components can be used without changes for different substrates 2. On the other hand, the relatively inexpensive substrates 2 with their integrated optical
  • Waveguide structures 4 are replaced as needed. A need for
  • Replacement of a substrate 2 can, for. B. arise when another
  • Waveguide structure 4 - especially when scanning 3 - is needed or if a substrate 2 is damaged by wear or otherwise defective.
  • the erfmdungsgemässe device 1 is preferably housed in a housing, as it is known, for example, from US 5,768,938 A. For clarity, such a housing was not shown in the accompanying drawings.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device 1 according to the invention. This is simplified compared to the first embodiment of FIG. 1 in the sense that two waveguide ends facing the scanning region 3 serve both for illumination and for detection.
  • the corresponding converging lenses 44 must be designed as a compromise so that the illumination light illuminates as long as possible a portion of the textile material 9 and the detection light of as short as possible
  • Section of the textile material 9 comes.
  • the branches are designed so that a large part of the light emitted by the light source 64 is emitted into the scanning region 3, and that a large part of the light received by the scanning region 3 is supplied to the light receivers 63.1, 63.2.
  • the expert in the field of integrated optics is able to produce such branches with knowledge of the invention.
  • only a single optical interface 55 is present, which serves both as Einkoppel- as well as decoupling interface.
  • the corresponding transmitter and receiver module 65 are thus both two light receivers 63.1, 63.2 and a light source 64th
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the device 1 according to the invention, wherein, for the sake of simplicity, only a few important optical elements, namely the
  • Detection points 43.1-43.7 with the converging lenses 44, the detection waveguide 41.1-41.7 of the waveguide structure 4 and the light receiver 63.1 -63.3 at the decoupling interface 51, are shown.
  • Other elements such as illumination waveguide, substrate, transmitter and receiver module, etc., can be configured analogously as in Figures 1 and 2 or otherwise.
  • the embodiment of Figure 3 has z. B. three light receiver 63.1 - 63.3.
  • the waveguide structure 4 with its branches is designed such that the following functions are realized:
  • a first light receiver 63.1 is supplied with the sum of light components detected at all detection points 43.1-43.7. These detection sites 43.1-43.7 form a first group.
  • a second light receiver 63.2 becomes the sum of every second
  • a third light receiver 63.3 becomes the sum of every third
  • Detection point 43.1, 43.4, 43.7 supplied detected light components. These detection sites 43.1, 43.4, 43.7 form a third group.
  • FIG. 3 illustrates an important aspect of the invention: several groups of a plurality of discrete detection sites are provided, the detection sites within each cluster being equidistant and the aquidistances of the different groups being different. In each group, the detected scanning signals are added to a sum signal.
  • the receivers 63.1-63.3 output signals from which a spatial frequency spectrum of the structure of the textile material can be determined in a simple manner. If a is the constant distance (equidistance) of two detection points 43.1, 43.2 along the longitudinal axis 91 of the textile material 9, then it is possible to use the apparatus 1 according to the invention as sketched in FIG. 3 (or with its generalization with more than three groups ), the spatial frequencies 1 / a, 1 / (2a), l / (3a), ... determine. In this spatial frequency sequence, the intervals decrease monotonically.
  • Such a non-arithmetic spatial frequency sequence may be advantageous because its members are rarely integer multiples of another member and thus higher Hannonians do not produce unwanted artifacts. This condition is fulfilled even better, and moreover approximates an arithmetic sequence, if only higher terms are taken into account, e.g. 1 / (1a), l / (12a), 1 / (13a), ...
  • the equidistance a is, for example, between 0.1 mm and 10 mm.
  • the schematic side views of elongate textile materials 9, eg yarns, of FIG. 5 will be used below to better explain the invention.
  • the textile material 9 of Figure 5 (a) has a pronounced periodic structure with a location period P.
  • a diameter of the textile material 9 may change periodically with the longitudinal position.
  • no location period can be recognized.
  • the light intensity detected at a detection point is a measure of the diameter of the
  • Textile material 9 Upon detection of light incident on one (as compared with the
  • Section of the textile material 9 was transmitted past, the detected
  • Light intensity is an inverse measure of the diameter of the fabric 9, d. H. the smaller, the larger the diameter.
  • Figure 6 (a) shows a possible course of an output signal of a light receiver 63.1, as it z. B. located in Figure 3, compared to the time t. If the location period P of the textile material 9 (see FIG. 5 (a)) coincides with the aquidistance a of two detection sites 43.1, 43.2 and the speed of movement of the textile material 9 is constant, the output signal is temporally periodic with a time period T. In FIG. 6 (a ) output signal has in addition to a periodic alternating component of the amplitude AS a DC component S 0 . This DC component can thus be eliminated by a differential arrangement of detection sites as disclosed in EP-A-1 553 377.
  • Device 1 provides in a simple manner a Fourier spectrum of the structure of the textile material 9.
  • the direct component So of the output signal according to FIG. 6 (a) can also be eliminated in a different way than with a differential arrangement of detection sites, for example by subtracting a current one Mean value of the output signal.
  • a maximum value formation or a similar operation can be used, which is a measure of the amplitudes AS of the signals according to FIGS. 6 (a) or 6 (b).
  • the mentioned operations such as subtraction, rectification, integration or maximum value formation can be carried out with analog and / or digital means; Both types of means and the corresponding signal transducers are well known today.
  • Such agents may, for. B. in the illustrated in Figures 1 and 2
  • Electronic unit 70 and / or in a connected to the electronic unit 70
  • FIG. 7 shows a location spectrum, as may result from the method according to the invention or the device 1 according to the invention. It is assumed that a device 1 with ten light receivers, which in each case a column 8. 1 - 8.10 of the diagram is assigned, for. For example, according to the following rules:
  • the light is supplied from all existing detection sites. It thus corresponds to the shortest local period P
  • a second column 8.2 corresponds to the second shortest detectable in the textile material
  • Period P 2 (ie, their second largest spatial frequency).
  • the height S * of a column 8.1 -8.10 is a measure of the amplitude AS of the light intensity received by the respective light receiver; she can z. B. correspond to the integral value described above.
  • the column heights are preferably converted to normalized values, taking into account that with homogeneous illumination of all
  • Place period P «P 6 has; see. FIG. 5 (a). If necessary, with appropriate statistical methods known to those skilled in the art, taking into account the finite heights of the adjacent columns 8.4-8.8, the location period P can be determined even more accurately. There may be textile materials 9, in which the inventive method provides two or more different spatial periods or spatial frequencies. For others
  • FIG. 7 The diagram shown in FIG. 7, or a similar diagram, will become apparent from FIGS.
  • Sum signals preferably automatically calculated and displayed on a (not shown) output unit of the inventive device, for example.
  • a screen for example.
  • a speed of the textile material 9 in the direction of movement 91 can be determined.
  • a speed measurement is possible even if no maximum is found in the location spectrum.
  • a predominant time frequency f is determined in the sum signal, which belongs to this group of detection sites.
  • the speed v is calculated according to the above formula.
  • FIG. 8 An end of a waveguide 41 integrated on a substrate 2 facing the scanning region 3 is shown schematically in FIG. 8 in a greatly enlarged manner. It does not matter whether it is a lighting fiber or a
  • Detection waveguide acts because the two cases merge into each other by time reversal.
  • the waveguide end is provided with a converging lens 44.
  • the condenser lens 44 may be made from the waveguide end itself, glued to it directly, or spaced therefrom. It is designed and arranged in such a way that it lets as much light 31 emerging from the waveguide 41 impinge on the textile material 9 or couples as much light 31 coming from the textile material 9 into the waveguide 41 as possible.
  • What is shown schematically in FIG. 8 as a single converging lens 44 can in practice be embodied as a lens system.
  • the expert in the field of technical optics is in the knowledge of the invention able to determine a suitable arrangement for the purpose and use.
  • FIG. 9 shows a ninth embodiment of the device 1 according to the invention, in which the longitudinal axis 91 of the textile material 9 lies parallel to the plane of the substrate 2, but is spaced therefrom. Thus, the textile material 9 is moved over the substrate 2 along the longitudinal direction 91 of the textile material 9.
  • Scanning region 3 is in or above the plane of the substrate 2.
  • the cut parts by means of a lighting waveguide 42 from a coupling 52 is guided to the scanning 3, is coupled out in the scanning area 3 to the textile material 9 out.
  • the textile material 9 After interaction with the textile material 9, for example, reflection and / or scattering on the same, at least part of this light is coupled into detection waveguides 41 .1 -41 .3 and from these to coupling-out interfaces 51 .1. 51 .2 guided.
  • optical Coupling elements 45 is required, which can couple light out of the plane of the substrate 2 or from the outside into a waveguide 41.2-41.3 integrated on the substrate 2.
  • Such coupling elements 45 are known per se and need not be discussed further here.
  • the coupling elements 45 may additionally be equipped with converging lenses and other optical components.
  • Lines and electronics unit are not shown in Figure 9 for the sake of simplicity; but they can be the same or similar as in Figures 1 or 2 executed.
  • the scanning at the detection sites may be optical, electrical and / or based on another physical principle. Not shown here
  • Embodiments may instead of or in addition to the optical waveguide structure 4 on the substrate 2 be integrated electrical circuits, as are known in the art of electronics.
  • Such circuits may include passive and / or active electrical components in addition to electrical interconnects. Examples of such electrical components are resistors, capacitors, coils, transistors, filters and amplifiers.
  • Even complex components such as microprocessors may be located on the substrate 2, which are preferably applied as integrated circuits in a separate housing on the substrate 2.
  • the electrical conductor tracks can open into the scanning region 3, wherein the openings are preferably provided with electrodes.
  • Electrodes serve to generate and / or detect an electric field, preferably an alternating electric field, in the scanning region 3.
  • the electrical testing of the textile material 9 is based on detecting the effects of the textile material 9 on the electric field and on it to eat physical properties of the textile material 9 to sch Ii.
  • the capacitive testing of textile material 9 is well known in the prior art.
  • the device 1 according to the invention can be equipped with an electrical interface and an electrical connection part.
  • the electrical interface can be designed as a plug connection, as they are well known from electronics and available on the market.
  • both an optical waveguide structure and an electrical conductor structure on be integrated with the same substrate 2, wherein both structures open at least partially into the scanning region 3.
  • the fabric 9 optionally optically, electrically or both visually and electrically to examine.
  • Light sources, light receivers, waveguides, detection sites, waveguide ends, lenses, etc. is by no means to be understood as limiting.

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Abstract

Im Verfahren zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen Textilmaterial (9) wird das Textilmaterial (9) gleichzeitig an mehreren entlang seiner Längsrichtung (91) äquidistant angeordneten Detektionsstellen (43.1-43.5) abgetastet. An den Detektionsstellen (43.1 -43.5) detektierte Abtastsignale werden zu einem Summensignal addiert. Aufgmnd von zeitlichen Änderungen des Summensignals wird auf eine periodische Struktur des Textilmaterials (9) geschlossen. Bei mehreren Gruppen von jeweils mehreren äquidistanten Detektionsstellen (43.1-43.5) kann praktisch ohne Rechenaufwand ein Ortsspektrum der Struktur des Textilmaterials (9) erhalten werden.

Description

ERKENNUNG EINER PERIODISCHEN STRUKTUR IN EINEM BEWEGTEN
LÄNGLICHEN TEXTILMATERIAL
FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der textilen Materialprüfung. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen Textilmaterial, gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche. Die Erfindung kann bspw. in Garnprüfgeräten im Textillabor oder in Garnreinigern auf Spinn- oder Spulmaschinen eingesetzt werden.
STAND DER TECHNIK
Es ist eine Vielzahl verschiedenartiger Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung von Textilmaterialien bekannt. In den Textilprüfvorrichtungen kommen verschiedene
Sensorprinzipien zur Anwendung. Die vorliegende Erfindung benützt das optische Sensorprinzip, das z. B. aus derWO-2004/044579 AI bekannt ist. Das Textilmaterial wird von einer Lichtquelle beleuchtet, und mit dem Textilmaterial wechselwirkendes Licht wird von Lichtdetektoren detektiert. Das detektierte Licht ist ein Mass für den Durchmesser des Textilmaterials und/oder seine optischen Eigenschaften wie Reflektivität oder Farbe.
Einige Vorrichtungen aus dem Stand der Technik verwenden optoelektronische
Sensorzeilen, um anhand eines Schattenwurfs durch das Textilmaterial eine
Querdimension des Textilmaterials zu messen. Die Sensorzeilen an sich sind meist in CMOS- oder CCD-Technologie ausgeführt und auf dem Markt erhältlich. Beispiele für solche optischen Textilmessvorrichtungen sind in den Schriften CH-643'060 A5,
EP-0'971 '204 A2 und WO-99/36746 AI offenbart.
Aus der WO-89/01147 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung bei bewegten textilen Stoffen bekannt. Auf dem Stoff wird ein Rechteck ausgeleuchtet und mittels einer anamorphotischen Abbildung auf einen Zeilen- oder Matrixsensor abgebildet. Dabei wird das aus einem gewissen Bereich in Bewegungsrichtung des Stoffes kommende Licht optisch integriert. Im Integrationssignal stechen Fehler im Stoff stärker heraus und können so besser erkannt werden. Um periodische Garnfehler zu erfassen, wird üblicherweise ein zeitabhängiges
Ausgangssignal eines Garnsensors mittels Fourier-Transformation in den
Zeitfrequenzraum transformiert. Die im Zeitfrequenzraum mit grossen Amplituden vertretenen Frequenzen deuten auf periodische Garnfehler hin, während die Amplituden der übrigen Frequenzen ein Mass für die aperiodische Garnungleichmässigkeit sind.
Beispiele für Verfahren, welche die Fourier-Transformation anwenden, geben die Schriften US-2,950,435 A, US-5,592,849 A und EP-2'090'538 A2. Die Berechnung der Fourier- Transformation ist aufwändig, unabhängig davon, ob sie analog oder digital erfolgt.
Die EP-1 '553O37 AI offenbart eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung an einem laufenden Garn. Die Vorrichtung weist mehrere in Laufrichtung des Garns äquidistant angeordnete Lichtempfänger auf. Das Garn wird in Transmission beleuchtet, so dass sein Schatten auf die Lichtempfänger fällt. Im Garn inhärent vorhandene Unregelmässigkeiten wie abstehende Fasern erzeugen sich zeitlich ändernde Signale in den Lichtempfängern. Die Signale der einzelnen Lichtempfänger werden zu einem Summensignal addiert. Die Garngeschwindigkeit ergibt sich aus der Multiplikation der im Summensignal
überwiegenden Zeitfrequenz mit der Äquidistanz der Lichtempfänger.
In der DE-36'28'654 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Längenungleichheit der Einfachgarnkomponenten eines laufenden Zwirns beschrieben. Die Zwirnstruktur wird quer zur Bewegungsrichtung optisch abgetastet. Das Abtastsignal wird einer
Frequenzanalyse unterworfen. Haben alle den Zwirn konstituierenden Einfachgarne dieselbe Länge, so enthält das Abtastsignal eine einzige Frequenzkomponente mit einer bestimmten Grundfrequenz. Bei unterschiedlich langen Einfachgarnen kommen hingegen im Abtastsignal auch Subharmonische der Grundfrequcnz vor.
Leiterplatten mit optischen Wellenleiterstrukturen und elektrischen Leiterstrukturen sind an sich bekannt, bspw. aus der US-2010/0209854 A I . DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen Textilmaterial anzugeben, mittels welcher die periodische Stmktur einfacher und schneller erkennbar ist als im Stand der Technik. Die periodische Struktur soll wenn möglich auch quantifizierbar sein.
Diese und andere Aufgaben werden durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Theoretischer Hintergrund der Erfindung ist die Systemtheorie für lineare Systeme. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Textilmaterial an mehreren entlang seiner
Längsrichtung äquidistant angeordneten diskreten Detektionsstellen abzutasten und aus einem Summensignal der Detektionsstellen auf eine periodische Struktur des
Textilmaterials zu schliessen. Wenn mehrere solche Gruppen von Detektionsstellen mit unterschiedlichen Äquidistanzen zur Verfügung gestellt werden, so kann aus den
Summensignalen ein Ortsspektrum der Struktur des Textilmaterials gewonnen werden. Mit anderen Worten: Dank der Erfindung kann praktisch ohne Rechenaufwand eine Fourier- Transfonnation der Struktur des Textilmaterials erzeugt werden.
Die Detektionsstellen sind diejenigen Stellen, an denen das Textilmaterial unmittelbar abgetastet wird. Sie liegen möglichst nahe beim Textilmaterial bzw. bei seinem
vorgesehenen Pfad, um ein hohes Signal-Rauschverhältnis und eine hohe Ortsauflösung zu erreichen. Der Abstand zwischen dem Textilmaterial und einer Detektionsstelle liegt vorzugsweise zwischen 0.1 mm und einigen Millimetern. An den Detektionsstellen sind Elemente angebracht, die zur Aufnahme von physikalischen Signalen bestimmt sind, die Information über das Textilmaterial tragen. Die physikalischen Signale können z. B. von elektromagnetischen Feldern übertragen werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform befinden sich an den Detektionsstellen Enden von Lichtwellenleitern, in einer anderen Ausfuhrungsform Messelektroden. Eine für die Ausführung der Erfindung besonders geeignete Technologie ist eine auf einem Substrat integrierte optische Wellenleiterstruktur. Diese ermöglicht erstens eine dichte lineare Anordnung von vielen diskreten Detektionsstellen in einem Abtastbereich. Die kleinste Äquidistanz der Detektionsstellen sollte höchstens so gross sein wie die kleinste im Textilmaterial zu detektierende Ortsperiode, und die Länge des Abtastbereiches sollte mindestens so gross sein wie die grösste detektierende Ortsperiode. Mit integriert- optischen Wellenleiterstrukturen sind Aquidistanzen im Submillimeterbereich über Längen von mehreren Zentimetern möglich. Damit ist ein interessanter Bereich der in gängigen Textilmaterialien wie Garnen zu erwartenden Ortsperioden abgedeckt. Zweitens können mit der integriert-optischen Wellenleiterstruktur Wellenleiterverzweigungen realisiert werden, mittels derer die an mehreren Detektionsstellen detektierten Lichtanteile zusammengeführt werden können, so dass nach der Zusammenführung ein optisches Summensignal resultiert. Mit Begriffen wie„optisches Summensignal" oder„Addition von Lichtanteilen" ist in der vorliegenden Schrift die Summe bzw. Addition der einzelnen Lichtintensitäten gemeint.
Im erfind ungsgem äs sen Verfahren zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen Textilmaterial wird also das Textilmaterial gleichzeitig an mehreren diskreten, entlang seiner Längsrichtung angeordneten und äquidistant voneinander beabstandeten Detektionsstellen abgetastet, an den Detektionsstellen detektierte
Abtastsignale werden zu einem Summensignal addiert, und aufgrund von zeitlichen Änderungen des Summensignals wird auf eine periodische Struktur des Textilmaterials geschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten Detektionsstellen zur Verfügung gestellt, wobei die Detektionsstellen innerhalb einer jeden Gruppe äquidistant sind und die Aquidistanzen der verschiedenen Gruppen unterschiedlich sind. In jeder Gruppe werden die detektierten Abtastsignale zu einem Summensignal addiert, und aufgrund von zeitlichen Änderungen der einzelnen
Summensignale werden periodische Anteile in der Struktur des Textilmaterials miteinander verglichen. Dabei ist es vorteilhaft, Werte einer den zeitlichen Änderungen entsprechenden Grösse für die mehreren Gruppen automatisch in einem Diagramm darzustellen. In dem Diagramm wird vorzugsweise jeder Wert mit der Äquidistanz der betreffenden Gruppe und/oder mit einer Ortsfrequenz, die im Wesentlichen dem Kehrwert der Aquidistanz entspricht, bezeichnet. Die Anzahl Gruppen liegt bspw. zwischen 2 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 20. Die Anzahl Detektionsstellen liegt bspw. zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 20 und 200.
Alle Detektionsstellen können auf einem äquidistanten Raster liegen. Die Aquidistanz des Rasters beträgt bspw. zwischen 0.1 mm und 10 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abtastung an den Detektionsstellen optisch. Diesfalls kann das Summensignal eine Summe von Intensitäten von an den Detektionsstellen detektierten Lichtanteilen sein. Die Intensitäten können mittels
Zusammenführung von Lichtwellenleitern summiert werden.
Eine Geschwindigkeit des Textilmaterial s kann bestimmt werden, indem in dem
Summensignal eine überwiegende Zeitfrequenz bestimmt wird und die Geschwindigkeit als Produkt aus der Zeitfrequenz und der Aquidistanz der Detektionsstellen berechnet wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen Textilmaterial beinhaltet ein Substrat mit mehreren diskreten, entlang der Längsrichtung des Textilmaterials angeordneten und äquidistant voneinander beabstandeten Detektionsstellen zum gleichzeitigen optischen Abtasten des
Textilmaterials. Auf dem Substrat ist eine optische Wellenleiterstruktur zum
Zusammenführen von an den Detektionsstellen delektierten Lichtanteilen und zur Leitung der zusammengeführten Lichtanteile zu einer Auskoppelschnittstelle, die zum Auskoppeln von Licht aus der Wellenleiterstruktur ausgebildet ist, integriert.
Unter einer auf einem Substrat integrierten optischen Wellenleiterstruktur wird in dieser Schrift eine monolithisch in oder auf dem Substrat untergebrachte Wellenleiterstruktur verstanden. Die Wellenleiterstruktur wurde originär auf dem Substrat hergestellt, bspw. durch Technologien wie Fotolithografie und/oder Dotierung - im Gegensatz zu
eigenständigen, diskreten Wellenleitern, die nachträglich auf ein Substrat aufgebracht wurden. Die integrierte optische Wellenleiterstruktur ist untrennbar mit dem Substrat verbunden. Sie beinhaltet eine Mehrzahl von transparenten dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechzahlen. Vorzugsweise ist eine Kernschicht mit höherer Brechzahl zwischen einer Unter- und einer Oberschicht mit niedrigeren Brechzahlen eingebettet, so dass Lichtwellen in der Kemschicht geleitet werden können. Die Wellenleiterstruktur kann Streifenwellenleiter, die Licht in einer Richtung leiten, und/oder flächige
Dünnschichtleiter, in denen sich Licht in zwei Richtungen ausbreiten kann, beinhalten. Nebst den Wellenleitern kann sie weitere passive und/oder aktive integriert-optische Bauteile wie Linsen, Strahlteiler, Reflektoren, Filter, Verstärker, Lichtquellen und/oder Lichtempfänger beinhalten.
Die optische Wellenleiterstruktur ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass beim
Zusammenführen eine Summe von Intensitäten der an den Detektionsstellen detektierten Lichtanteile gebildet und das so gebildete Summensignal zur Auskoppelschnittstelle geführt wird.
Die optische Wellenleiterstruktur kann mindestens eine Verzweigung mit mindestens zwei Ästen aufweisen. Ausserdem kann die optische Wellenleiterstruktur mindestens einen Wellenleiter zur Leitung von Licht zu den Detektionsstellen beinhalten.
Die Detektionsstellen sind vorzugsweise mit jeweils mindestens einer Sammellinse versehen.
Die Auskoppelschnittstelle kann zum Verbinden der Wellenleiterstruktur mit einem optischen Anschlussteil eingerichtet sein. Es ist vorteilhaft, wenn die
Auskoppelschnittstelle an einem Rand des Substrates angebracht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Substrat mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten Detektionsstellen angeordnet. Die Detektionsstellen sind innerhalb einer jeden Gruppe äquidistant, wobei die Äquidi stanzen der verschiedenen
Gruppen unterschiedlich sind. Die optische Wellenleiterstruktur ist zum Zusammenführen von jeweils in einer jeden Gruppe detektierten Lichtanteilen und zur Leitung der einzelnen zusammengeführten Lichtanteile zu einer Auskoppelschnittstelle ausgebildet. Die Anzahl Gruppen liegt bspw. zwischen 2 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 20.
In der vorliegenden Schrift werden Begriffe wie„Licht" oder„beleuchten" nicht nur für sichtbares Licht, sondern auch für elektromagnetische Strahlung aus den angrenzenden Spektralbereichen Ultraviolett (UV) und Infrarot (IR) verwendet.
AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen detailliert erläutert. Die Erläuterung erfolgt anhand des bevorzugten Beispiels der optischen
Abtastung; im erfmdungsgemässen Verfahren können jedoch auch andere Abtastprinzipien zur Anwendung kommen.
Figuren 1 und 2 zeigen schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfmdungsgemässen Vorrichtung in Aufsichten.
Figur 3 zeigt schematisch eine Anordnung von Detektionswellenleitern
weiteren Ausfuhrungsform der erfmdungsgemässen Vorrichtung einer Aufsicht.
Figur 4 zeigt schematisch zwei Möglichkeiten zur Anordnung von
D etektions stellen .
Figur 5 zeigt schematisch zwei verschiedene Textilmaterialien in
Seitenansichten.
Figur 6 zeigt (a), (b) mögliche zeitliche Verläufe von Ausgangssignalen eines
Lichtempfängers und (c) das Ausgangssignal von Figur 6(b) nach einer Gleichrichtung.
Figur 7 zeigt ein erfmdungsgemäss erhaltenes Ortsspektrum eines
Textilmaterials.
Figur 8 zeigt schematisch ein Ende eines optischen Wellenleiters, ein zu
prüfendes Textilmaterial und dazwischen verlaufende Lichtstrahlen in einer Aufsicht.
Figur 9 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsfonn einer
erfmdungsgemässen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Figur 1 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer erfmdungsgemässen Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 dient der Prüfung eines länglichen Textilmatenals 9, bspw. eines Garns, das durch die Vorrichtung 1 oder an der Vorrichtung 1 vorbei bewegt wird. Die
Bewegungsrichtung des Textilmaterials 9 fällt mit einer Längsachse des Textilmaterials 9 zusammen und ist in Figur 1 einem Pfeil 91 angedeutet. Die Vorrichtung 1 beinhaltet ein Substrat 2, auf dem ein Abtastbereich 3 zum optischen Abtasten des Textilmaterials 9 vorgesehen ist. Das Substrat 2 kann aus einem an sich bekannten Material wie Glas, einem Kunststoff, einem Halbleitermaterial oder einer mit Epoxidharz getränkten Glasfasemaatte bestehen. Es ist vorzugsweise eben und rigid, d. h. verformt sich praktisch nicht. Die Längsachse und Bewegungsrichtung 91 des Textilmaterials 9 liegt in der Ebene des Substrates 2, aber ausserhalb des Substrates 2. Der Abtastbereich 3 fällt mit einem Teil einer Seite des rechteckigen Substrates 2 zusammen, ist gerade und parallel zur
Längsachse 91 des Textilmaterials 9 angeordnet.
Im Abtastbereich 3 sind in unmittelbarer Nähe zum Textilmaterial 9 bzw. zu seinem Pfad mehrere diskrete, entlang der Längsrichtung 91 des Textilmaterials 9 äquidistant angeordnete Detektionsstellen 43.1-43.5 zum optischen Abtasten des Textilmaterials 9 angeordnet. An jeder Detektionsstelle 43.1 -43.5 wird Licht, das mit dem Textilmaterial wechselwirkt, bspw. an diesem reflektiert oder gestreut wird, gleichzeitig detektiert. Die Anzahl Detektionsstellen liegt bspw. zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 20 und 200. Auf dem Substrat 2 ist eine optische Wellenleiterstruktur 4 zum Zusammen fuhren von an den Detektionsstellen 43.1 -43.5 detektierten Lichtanteilen und zur Leitung der
zusammengeführten Lichtanteile zu einer Auskoppelschnittstelle 51 integriert. Im
Ausführungsbeispiel von Figur 1 beinhaltet die Wellenleiterstruktur 4 neun optische Streifenwellenleiter 41 .1 -41.5, 42.1-42.4. Die Wellenleiterstruktur 4 kann z. B. aus einem Polymer gefertigt sein, das für die verwendete Lichtwellenlänge genügend durchlässig ist. Sie wird vorzugsweise durch einen f to 1 i t h grafi sehen Prozess auf das Substrat 2 aufgebracht. Die Querdimensionen (Breite und Höhe) eines einzelnen Wellenleiters 41 . 1 - 41 .5, 42. 1 -42.4 können z. B. zwischen 5 μιη und 500 μιη, vorzugsweise ca. 50 μιη, betragen. Die Wellenleitersiraktur 4 kann sich auf einer äussersten Schicht des Substrates 2 befinden oder eine Innenschicht bilden, die durch mindestens eine darüber liegende Schicht bedeckt ist. Im letzteren Fall kann die darüber liegende Schicht die
Wellenleiterstruktur 4 vor mechanischen Beschädigungen, Verschmutzung und
unerwünschten optischen Einflüssen schützen. Die Wellenleiter 41.1 -41.5, 42.1 -42.4 können als Singlemode- oder als Multimode- Wellenleiter ausgeführt sein.
Die Wellenleiterstruktur 4 von Figur 1 weist mehrere Kreuzungen von Wellenleitern 41 .1 - 41.5, 42.1 -42.4 auf. Es sollte darauf geachtet werden, dass an diesen Kreuzungen ein Ubersprechen vom einen auf den anderen Wellenleiter vermieden wird. Der Fachmann auf dem Gebiet der integrierten Optik ist in der Lage, die Wellenleiterstruktur 4 so auszulegen, dass diese Bedingung gut erfüllt ist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der jeweilige Kreuzungswinkel nahe bei 90° liegt oder zumindest nicht zu spitz ist. Ausserdem weist die Wellenleitersiraktur 4 von Figur 1 Verzweigungen, bspw. Y-Verzweigungen, auf. Die Verzweigungen können als an sich bekannte Verzweigerbauteile ausgeführt sein. Es kann sich, wie im Beispiel von Figur 1 , um 1 x 2- Verzweigungen oder um
Verzweigungen höherer Ordnung handeln. Nebst den Wellenleitern selbst, den
Kreuzungen und den Verzweigungen kann die optische Wellenleiterstruktur 4 weitere integriert-optische Bauteile beinhalten. Diese können passiv und/oder aktiv sein. Beispiele für solche integriert-optischen Bauteile sind Linsen, Strahlteiler, Reflektoren, Filter,
Verstärker, Lichtquellen und Lichtempfänger. Ausserdem können optische Elemente wie Lichtquellen und/oder Lichtempfänger als eigenständige, diskrete Bauteile auf das Substrat 2 aufgebracht werden. An den Mündungen der Wellenleiter 41.1 -41.5, 42.1 -42.4 in den Abtastbereich 3, vorzugsweise auf einer Gerade liegend, können Licht sammelnde Elemente 44 wie Sammellinsen angebracht sein, um eine möglichst hohe Lichtausbeute zu gewährleisten. Bekanntlich wird aus dem Ende eines dünnen Wellenleiters austretendes Licht in einem grossen Offnungswinkel abgestrahlt: in zeitlicher Umkehr wird daher auch Licht aus demselben grossen Öffnungswinkel in den Wellenleiter eingekoppelt. Da das zu prüfende Textilmaterial 9 meist einen kleinen Durchmesser von weniger als 1 mm hat, würde es ohne Gegenmassnahmen von bloss einem kleinen Teil des zur Verfügung stehenden Lichtes getroffen, und von diesem würde wiederum nur bloss ein kleiner Teil wieder in einen Wellenleiter eingekoppelt. Die Sammellinsen 44 dienen dazu, solche Lichtverluste zu vermeiden. Ihre Funktion und ihr Aufbau werden anhand der Figur 8 detaillierter erklärt. Vier der neun Wellenleiter 41.1-41.5, 42.1 -42.4, die nachfolgend als
„Beleuchtungswellenleiter" 42.1-42.4 bezeichnet werden, dienen der Beleuchtung des Textilmaterials 9. Zu diesem Zweck nehmen sie Licht von einem Sendermodul 62 auf und leiten es in den Abtastbereich 3, wo es aus den Beleuchtungswellenleitern 42.1-42.4 austritt und zumindest teilweise auf das Textilmaterial 9 trifft. Das Sendermodul 62 kann am Ende einer zweiten elektrischen Leitung 72 angebracht sein. Die Lichtübergabe vom Sendermodul 62 in die Beleuchtungswellenleiter 42.1-42.4 erfolgt an einer
Einkoppelschnittstelle 52, die an einem Rand des Substrates 2 angebracht ist. Die
Einkoppelschnittstelle 52 kann z. B. als Steckverbindung ausgestaltet sein. Das
Sendermodul 62 beinhaltet bspw. in einer Reihe nebeneinander angeordnete Lichtquellen 64.1, 64.2. Die Lichtquellen 64 können z. B. als Diodenlaser oder als Leuchtdioden ausgeführt sein. Die Einkopplung des Lichtes von den Lichtquellen 64.1 , 64.2 in die Beleuchtungswellenleiter 42.1-42.4 kann durch direkte Beleuchtung der
Beleuchtungswellenleiterenden oder mittels optischer Elemente wie Sammellinsen 44 erfolgen. Im letzteren Fall können ähnliche Linsen eingesetzt werden wie an der Mündung zum Abtastbereich 3. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn das aus einem
Beleuchtungswellenleiter 42.1-42.4 austretende Licht nicht auf einen kleinen Punkt auf dem Textilmaterial 9 fokussiert ist, sondern einen längeren Abschnitt des Textilmaterials 9 beleuchtet. Zur Gewährleistung einer wirksamen Einkopplung des Lichtes in die
Beleuchtungswellenleiter 42.1-42.4 an der Einkoppelschnittstelle 52 ist es wichtig, dass die Lichtquellen 64.1 . 64.2 bezüglich der Beleuchtungswellenleiterenden möglichst e akt und stabil positioniert werden. Zu diesem Zweck sind an der Einkoppelschnittstelle 51 mechanische Positioniermittel 53 zum Positionieren des Sendermoduls 62 bezüglich des Substrates 2 angebracht. Die Positioniermittel 53 können z. B. als geeignete Führungen ausgebildet sein, die für eine genaue Positionierung innerhalb der Steckverbindung sorgen. Sie sind, wie auch die anderen Elemente, in Figur 1 bloss schematisch angedeutet.
Die übrigen fünf der neun Wellenleiter 41.1-41.5, 42.1 -42.4 dienen der Detektion des vom Textilmaterial 9 reflektierten Lichtes und werden deshalb nachfolgend als „Detektionswellenleiter" 41.1 -41.5 bezeichnet. Sie leiten das Licht, das von den
Detektionssteilen 43.1-43.5 kommt, zu einem Empfängermodul 61 , das am Ende einer ersten elektrischen Leitung 71 angebracht sein kann. Die Lichtübergabe von den
Detektionswellenleitern 41.1-41.5 in das Empfängermodul 61 erfolgt an einer
Auskoppelschnittstelle 51, die an einem Rand des Substrates 2 angebracht ist. Die
Auskoppelschnittstelle 51 kann ebenfalls als Steckverbindung mit entsprechenden
Positioniermitteln 53 ausgestaltet sein. Das Empfängermodul 61 beinhaltet bspw. in einer Reihe nebeneinander angeordnete Lichtempfänger 63.1 , 63.2, von denen jeder einer Gruppe von Detektionswellenleitern 41.1-41.5 zugeordnet ist. Die Lichtempfängerreihe kann z. B. als CCD-Array ausgeführt sein. Es könnten auch mehrere nebeneinander liegende Empfangselemente, die dann einen„zusammengesetzten Lichtempfänger" bilden, zusammengefasst werden. Bezüglich der Lichtauskopplung sowie der Positionierung und Gestaltung der Auskoppelschnittstelle 51 gilt analog das zur Einkoppelschnittstelle 52 Gesagte.
Die Verzweigungen in der Wellenleiterstruktur 4 dienen dazu, von einer einzigen
Lichtquelle 64.1 ausgesandtes Licht aufzuteilen und mehreren Beleuchtungswellenleitern
41.2, 41.4 zuzuführen, sowie von mehreren Detektionswellenleitern 41.1-41.5 geführtes Licht zusammenzuführen und einem einzigen Lichtempfänger 63.1 zuzuführen. Besonders die letztgenannte Funktion, die Addition mehrerer Abtastsignale, ist für die vorliegende Erfindung wichtig. Dank ihr können nämlich mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten Detektionssteilen 43.1-43.5 gebildet werden, wobei die Detektionssteilen 43.1- 43.5 innerhalb einer jeden Gruppe äquidistant sind und die Äquidistanzen der
verschiedenen Gruppen unterschiedlich sind. In jeder Gruppe werden die detektierten Abtastsignale zu einem Summensignal addiert und. aufgrund von zeitlichen Änderungen der einzelnen Summensignale werden periodische Anteile in der Struktur des
Textilmaterials 9 miteinander verglichen. In der Ausführungsform von Figur 1 bilden alle Detektionssteilen 43.1-43.5 eine erste Gruppe. Die an den Detektionssteilen 43.1 -43.5 der ersten Gruppe detektierten Lichtanteile werden in den Detektionswellenleitern 41.1-41.5 zu einem Summensignal addiert und dem ersten Lichtempfänger 63.1 zugeführt. Einem zweiten Lichtempfänger 63.2 wird hingegen Licht zugeführt, das an jeder zweiten
Detektionsstelle 43.1 , 43.3, 43.5 detektiert, von jedem zweiten Detektionswellenleiter 41.1 ,
41 .3, 41.5 geführt und nachträglich addiert wurde. Die zuletzt genannten Detektionssteilen ,, , ,
43.1 , 43.3, 43.5 bilden eine zweite Gruppe, deren Äquidistanz doppelt so gross ist wie diejenige der ersten Gruppe.
Das Empfängerin od u 1 61 und das Sendermodul 62 sind über die erste elektrische Leitung 71 bzw. die zweite elektrische Leitung 72 mit einer Elektronikeinheit 70 verbunden. Diese steuert einerseits das Sendermodul 62 an. Andererseits empfängt die Elektronikeinheit 70 Signale des Empfängermoduls 61 , wertet sie selbst aus oder leitet sie, möglicherweise nach einer Vorverarbeitung, an eine (nicht eingezeichnete) Auswerteeinheit weiter. Es ist vorteilhaft, die Auskoppelschnittstelle 51 und die Einkoppel Schnittstelle 52 optisch und mechanisch genau zu definieren und so quasi zu standardisieren. Dann können das Empfangermodul 61 und das Sendermodul 62 mit ihren relativ teuren optoelektronischen Bauteilen ohne Änderungen für verschiedene Substrate 2 verwendet werden. Hingegen können die relativ kostengünstigen Substrate 2 mit ihren integrierten optischen
Wellenleiterstrukturen 4 nach Bedarf ausgewechselt werden. Ein Bedarf nach
Auswechslung eines Substrates 2 kann z. B. dann entstehen, wenn eine andere
Wellenleiterstruktur 4 - besonders beim Abtastbereich 3 - gebraucht wird oder wenn ein Substrat 2 durch Verschleiss beschädigt oder anderswie defekt ist. Die erfmdungsgemässe Vorrichtung 1 ist vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht, wie es bspw. aus der US- 5,768,938 A bekannt ist. Der Übersichtlichkeit halber wurde ein solches Gehäuse in den beiliegenden Zeichnungen nicht eingezeichnet.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform der erfmdungsgemässen Vorrichtung 1. Diese ist gegenüber der ersten Ausführungsform von Figur 1 in dem Sinn vereinfacht, als dass zwei dem Abtastbereich 3 zugewandten Wellenleiterenden sowohl der Beleuchtung als auch der Detektion dienen. Die entsprechenden Sammellinsen 44 müssen als Kompromiss so ausgelegt sein, dass das Beleuchtungslicht einen möglichst langen Abschnitt des Textilmaterials 9 ausleuchtet und das Detektionslicht von einem möglichst kurzen
Abschnitt des Textilmaterials 9 stammt. Die Verzweigungen sind so ausgestaltet, dass ein grosser Teil des von der Lichtquelle 64 ausgesandten Lichtes in den Abtastbereich 3 abgestrahlt wird, und dass ein grosser Teil des vom Abtastbereich 3 empfangenen Lichtes den Lichtempfängern 63.1 , 63.2 zugeführt wird. Der Fachmann auf dem Gebiet der integrierten Optik ist in der Lage, bei Kenntnis der Erfindung derartige Verzweigungen herzustellen. Ausserdem ist nur eine einzige optische Schnittstelle 55 vorhanden, welche sowohl als Einkoppel- als auch als Auskoppelschnittstelle dient. Im entsprechenden Sender- und Empfängermodul 65 befinden sich somit sowohl zwei Lichtempfänger 63.1, 63.2 als auch eine Lichtquelle 64.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausfuhrungsform der erfmdungsgemässen Vorrichtung 1, wobei der Einfachheit halber nur noch einige wichtige optische Elemente, nämlich die
Detektionsstellen 43.1-43.7 mit den Sammellinsen 44, die Detektionswellenleiter 41.1-41.7 der Wellenleiterstruktur 4 und die Lichtempfänger 63.1 -63.3 an der Auskoppelschnittstelle 51 , dargestellt sind. Weitere Elemente wie Beleuchtungswellenleiter, Substrat, Sender- und Empfangermodul etc. können analog wie in den Figuren 1 und 2 oder auch anders ausgestaltet sein. Die Ausfuhrungsform von Figur 3 hat z. B. drei Lichtempfänger 63.1 - 63.3. Die Wellenleiterstruktur 4 mit ihren Verzweigungen ist so ausgestaltet, dass die folgenden Funktionen realisiert werden:
• Einem ersten Lichtempfänger 63.1 wird die Summe von an allen Detektionsstellen 43.1-43.7 detektierten Lichtkomponenten zugeführt. Diese Detektionsstellen 43.1 - 43.7 bilden eine erste Gruppe.
• Einem zweiten Lichtempfänger 63.2 wird die Summe von an jeder zweiten
Detektionsstelle 43.1 , 43.3, 43.5, 43.7 detektierten Lichtkomponenten zugeführt.
Diese Detektionsstellen 43.1 , 43.3, 43.5, 43.7 bilden eine zweite Gruppe.
• Einem dritten Lichtempfänger 63.3 wird die Summe von an jeder dritten
Detektionsstelle 43.1, 43.4, 43.7 detektierten Lichtkomponenten zugeführt. Diese Detektionsstellen 43.1, 43.4, 43.7 bilden eine dritte Gruppe.
Die Anzahl von nur sieben Detektionsstellen 43.1 -43.7 und nur drei Lichtempfängern
63.1-63.3 ist klein und wurde in Figur 3 nur der Übersichtlichkeit halber gewählt. In der Praxis wird man jeweils eine höhere Anzahl Detektionsstellen und eine höhere Anzahl Lichtempfänger wählen und die Wellenleiter struktur 4 entsprechend gestalten. Die Anzahl der Detektionsstellen liegt bspw. zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 20 und 200, und die Anzahl der Lichtempfänger liegt bspw. zwischen 2 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 20. Die Figur 3 illustriert jedenfalls einen wichtigen Aspekt der Erfindung: Mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten Detektionsstellen werden zur Verfügung gestellt, wobei die Detektionsstellen innerhalb einer jeden Gmppe äquidistant sind und die Aquidistanzen der verschiedenen Gruppen unterschiedlich sind. In jeder Gruppe werden die detektierten Abtastsignale zu einem Summensignal addiert. Aufgrund von zeitlichen Änderungen der einzelnen Summensignale können periodische Anteile in der Struktur des Textilmatenals 9 (siehe Figuren 1 und 2) miteinander verglichen werden. Die Empfänger 63.1 -63.3 geben Signale aus, aus denen sich auf einfache Weise ein Ortsfrequenzspektrum der Struktur des Textilmatenals bestimmen lässt. Wenn a die konstante Entfernung (Äquidistanz) jeweils zweier Detektionsstellen 43.1 , 43.2 entlang der Längsachse 91 des Textilmaterials 9 ist, so lassen sich mit der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 , wie sie in Figur 3 skizziert ist (bzw. mit ihrer Verallgemeinerung mit mehr als drei Gruppen), die Ortsfrequenzen 1/a, 1 /(2a), l/(3a), ... feststellen. In dieser Ortsfrequenzfolge nehmen die Intervalle monoton ab. Eine solche nicht-arithmetische Ortsfrequenzfolge kann vorteilhaft sein, weil ihre Glieder nur selten ganzzahlige Vielfache eines anderen Gliedes sind und somit höhere Hannonische keine unerwünschten Artefakte erzeugen. Diese Bedingung wird noch besser erfüllt, und ausserdem eine arithmetische Folge angenähert, wenn nur höhere Glieder berücksichtigt werden, z. B. 1/(1 la), l/(12a), 1/(13a), ... Die Äquidistanz a beträgt bspw. zwischen 0.1 mm und 10 mm.
Sollte man in der Ortsfrequenzfolge gleiche Intervalle, d. h. eine arithmetische Folge, wünschen, so gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen zwei in Figur 4 illustriert sind. In diesen schematischen Darstellungen sind jeweils nur noch die im entsprechenden Fall aktiven Detektionsstellen 43.1 -43.9 mit Punkten symbolisiert. Ausserdem ist ein Raster mit der Periode a für die Detektionsstellen 43.1-43.9 eingezeichnet. Rechts sind für die verschiedenen Fälle die betreffenden Ortsfrequenzen angegeben. Eine ..Einheitszelle"' des Rasters besteht aus acht äquidistanten Positionen für die Detektionsstellen 43.1-43.8, so dass sich die Ortsfrequenzen 1/a, l/(2a) und l/(4a) ohne weiteres detektieren lassen. Ein Problem stellt die zu detektierende Ortsfrequenz 3/(4a) dar. In der Lösung gemäss Figur 4(a) werden die Detektionsstellen auf dem Raster belassen, und für die Ortsfrequenz 3/(4a) wird eine Näherung vorgenommen, indem jede vierte Detektionsstelle nicht zur
Summenbildung beiträgt. Die zweite Lösung gemäss Figur 4(b) weicht vom vorgegebenen Raster ab, um die Ortsfrequenz 3/(4a) exakt detektieren zu können. Beide der in Figur 4 vorgestellten Lösungen lösen die Aufgabe, die arithmetische Ortsfrequenzfolge 1/a. 3/(4 a), l/(2a) und l/(4a) zu erzeugen; beide haben ihre Vor- und Nachteile.
Die schematischen Seitenansichten von länglichen Textilmaterialien 9, bspw. Garnen, von Figur 5 werden weiter unten gebraucht, um die Erfindung noch besser zu erläutern. Das Textilmaterial 9 von Figur 5(a) hat eine ausgeprägt periodische Struktur mit einer Ortsperiode P. Beispielsweise kann sich ein Durchmesser des Textilmaterials 9 mit der Längsposition periodisch ändern. Im Gegensatz dazu ist beim Textilmaterial 9 von Figur 5(b) keine Ortsperiode erkennbar. Bei Detektion von Licht, das an einem (z. B. im
Vergleich mit der Ortsperiode P oder einem anderen Strukturmerkmal des Textilmaterials 9) kurzen Abschnitt des Textilmaterials 9 reflektiert oder gestreut wurde, ist die an einer Detektionsstelle detektierte Lichtintensität ein Mass für den Durchmesser des
Textilmaterials 9. Bei Detektion von Licht, das an einem (im Vergleich mit der
Ortsperiode P oder einem anderen Strukturmerkmal des Textilmaterials 9) kurzen
Abschnitt des Textilmaterials 9 vorbei transmittiert wurde, ist die detektierte
Lichtintensität ein umgekehrtes Mass für den Durchmesser des Textilmaterials 9, d. h. umso kleiner, je grösser der Durchmesser ist.
Figur 6(a) zeigt einen möglichen Verlauf eines Ausgangssignals eines Lichtempfängers 63.1, wie er z. B. in Figur 3 eingezeichnet ist, gegenüber der Zeit t. Wenn die Ortsperiode P des Textilmaterials 9 (siehe Figur 5(a)) mit der Aquidistanz a zweier Detektionsstellen 43.1, 43.2 übereinstimmt und die Bewegungsgeschwindigkeit des Textilmaterials 9 konstant ist, ist das Ausgangssignal zeitlich periodisch mit einer Zeitperiode T. Das in Figur 6(a) gezeigte Ausgangssignal hat nebst einem periodischen Wechselanteil der Amplitude AS einen Gleichanteil S0. Diesen Gleichanteil So kann man durch eine differenzielle Anordnung von Detektionsstellen, wie sie in der EP- 1 "553Ό37 AI offenbart ist, eliminieren. Für eine solche differenzielle Anordnung werden zwei Gruppen von äquidistanten Detektionsstellen mit derselben Aquidistanz a gebraucht, die um die halbe Aquidistanz a/2 in Laufrichtung 91 des Textilmaterials 9 gegeneinander versetzt sind. Das Ausgangssignal der zweiten Gruppe wird vom Ausgangssignal der ersten Gruppe subtrahiert. So ergibt sich das in Figur 6(b) dargestellte Ausgangssignal. Dieses kann gleichgerichtet werden, wodurch das Signal gemäss Figur 6(c) entsteht. In einer weiteren Verarbeitungsstufe kann das Signal gemäss Figur 6(c) über eine im Vergleich mit der Zeitperiode langen Integrationszeit integriert werden. Die Grösse des Integrals ist ein Mass für eine mögliche Periodizität des Textilm aterials 9 mit der
Ortsperiode P = a. Ein Vergleich von mehreren derartigen Integralen für verschiedene Äquidistanzen a (bzw. Ortsperioden P) ergibt ein Ortsspektrum des Textilmaterials 9 (siehe Figur 7). Mit anderen Worten: Das erfindungsgemässe Verfahren und die
erfindungsgemässe Vorrichtung 1 liefern auf einfache Weise ein Fourier-Spektrum der Struktur des Textilmaterials 9. Der Gleichanteil So des Ausgangssignals gemäss Figur 6(a) kann auch auf andere Weise als mit einer differenziellen Anordnung von Detektionsstellen eliminiert werden, bspw. durch eine Subtraktion eines laufenden Mittelwertes des Ausgangssignals. Anstelle der erwähnten Integration kann eine Maximalwertbildung oder eine ähnliche Operation verwendet werden, die ein Mass für die Amplituden AS der Signale gemäss Figuren 6(a) oder 6(b) ist. Die erwähnten Operationen wie Subtraktion, Gleichrichtung, Integration oder Maximalwertbildung können mit analogen und/oder digitalen Mitteln ausgeführt werden; beide Arten von Mitteln sowie die entsprechenden Signalwandler sind heutzutage bestens bekannt. Solche Mittel können z. B. in der in Figuren 1 und 2 dargestellten
Elektronikeinheit 70 und/oder in einer mit der Elektronikeinheit 70 verbundenen
Auswerteeinheit untergebracht sein.
In Figur 7 ist ein Ortsspektrum dargestellt, wie es aus dem erti ndun gsgem ssen Verfahren oder der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 resultieren kann. Dabei wird von einer Vorrichtung 1 mit zehn Lichtempfängern ausgegangen, welchen jeweils eine Säule 8. 1 - 8.10 des Diagramms zugeordnet ist, z. B. nach den folgenden Regeln:
• Eine erste Säule 8.1 am linken Rand des Diagramms ist demjenigen
Lichtempfänger zugeordnet, dem Licht von allen vorhandenen Detektionsstellen zugeführt wird. Sie entspricht also der kürzesten im Textilmaterial feststellbaren Ortsperiode P| (d. h. der grössten Ortsfrequenz).
· Eine zweite Säule 8.2 entspricht der zweitkürzesten im Textilmaterial feststellbaren
Ortsperiode P2 (d. h. deren zweitgrössten Ortsfrequenz).
• Etc. « Eine zehnte Säule 8.10 am rechten Rand des Diagramms entspricht der längsten im Textilmaterial feststellbaren Ortsperiode P10 (d. h. der kleinsten Ortsfrequenz).
Die Höhe S* einer Säule 8.1 -8.10 ist ein Mass für die Amplitude AS der vom jeweiligen Lichtempfänger empfangenen Lichtintensität; sie kann z. B. dem oben beschriebenen Integralwert entsprechen. Die Säulenhöhen werden vorzugsweise auf normierte Werte umgerechnet, wobei berücksichtigt wird, dass bei homogener Ausleuchtung aller
Detektionsstellen die empfangenen Lichtintensitäten unterschiedlich gross wären. Im Ortsspektrum von Figur 7 ist ein Maximum bei der Ortsperiode P6 zu beobachten. Dies bedeutet, dass das untersuchte Textilmaterial 9 eine periodische Struktur mit der
Ortsperiode P « P6 hat; vgl. Figur 5(a). Bei Bedarf kann mit entsprechenden statistischen Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, unter Berücksichtigung der endlichen Höhen der benachbarten Säulen 8.4-8.8 die Ortsperiode P noch genauer bestimmt werden. Es kann Textilmaterialien 9 geben, bei denen das erfindungsgemässe Verfahren zwei oder mehr verschiedene Ortsperioden bzw. Ortsfrequenzen liefert. Bei anderen
Textilmaterialien 9, wie demjenigen von Figur 5(b), können die Säulen 8.1 -8.10 alle ungefähr gleich hoch sein, was bedeutet, dass keine ausgeprägte Ortsperiode bzw.
Ortsfrequenz festgestellt wurde.
Das in Figur 7 gezeigte Diagramm, oder ein ähnliches Diagramm, wird aus den
Summensignalen vorzugsweise automatisch berechnet und auf einer (nicht dargestellten) Ausgabeeinheit der Erfmdungsgemässen Vorrichtung, bspw. einem Bildschirm, dargestellt.
Mit der vorliegenden Erfindung kann auch eine Geschwindigkeit des Textilmaterials 9 in Bewegungsrichtung 91 bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine Äquidistanz P einer Gruppe von Detektionsstellen ausgewählt, die zu einer im
Ortsspektrum mit grosser Amplitude vorkommenden Ortsperiode P gehört; im Beispiel von Figur 7 ist P - P„. Im Summensignal, das zu dieser Gruppe von Detektionsstellen gehört, wird eine überwiegende Zeitfrequenz f bestimmt; im Beispiel von Figur 6(a) ist f = 1/T. Die Garngeschwindigkeit v ist das Produkt aus der Ortsperiode P und der Zeitfrequenz f: v = f-P = P/T.
Eine Geschwindigkeitsmessung ist auch dann möglich, wenn im Ortsspektrum kein Maximum festzustellen ist. Man wählt dann eine beliebige Gmppe von Detektionsstellen, deren Amplitude im Ortsspektrum ungleich null ist. Im Summensignal, das zu dieser Gruppe von Detektionsstellen gehört, wird wiederum eine überwiegende Zeitfrequenz f bestimmt. Die Geschwindigkeit v wird nach der obigen Formel berechnet.
Ein dem Abtastbereich 3 zugewandtes Ende eines auf einem Substrat 2 integrierten Wellenleiters 41 ist schematisch in Figur 8 stark vergrössert dargestellt. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um einen Beleuchtungswellenleiter oder einen
Detektionswellenleiter handelt, denn die beiden Fälle gehen durch Zeitumkehr ineinander über. Das Wellenleiterende ist mit einer Sammellinse 44 versehen. Die Sammellinse 44 kann aus dem Wellenleiterende selbst gefertigt, an dasselbe direkt angeklebt oder von diesem beabstandet sein. Sie ist derart beschaffen und angeordnet, dass sie möglichst viel aus dem Wellenleiter 41 austretendes Licht 31 auf das Textilmaterial 9 auftreffen lässt bzw. möglichst viel vom Textilmaterial 9 kommendes Licht 31 in den Wellenleiter 41 einkoppelt. Was in Figur 8 schematisch als eine einzige Sammellinse 44 eingezeichnet ist, kann in der Praxis als ein Linsensystem ausgeführt sein. Der Fachmann auf dem Gebiet der technischen Optik ist bei Kenntnis der Erfindung in der Lage, eine zum beschriebenen Zweck geeignete Anordnung zu bestimmen und einzusetzen.
In der Figur 9 ist eine neunte Ausführungsform der erfind ungsgem ssen Vorrichtung 1 dargestellt, in welcher die Längsachse 91 des Textilmaterials 9 parallel zur Ebene des Substrates 2 liegt, aber von dieser beabstandet ist. Somit wird das Textilmaterial 9 über dem Substrat 2 entlang der Längsrichtung 91 des Textilmaterials 9 bewegt. Der
Abtastbereich 3 liegt in oder über der Ebene des Substrates 2. Licht, das mittels eines Beleuchtungswellenleiters 42 von einer Einkoppel schnittsteile 52 zum Abtastbereich 3 geführt wird, wird im Abtastbereich 3 zum Textilmaterial 9 hin ausgekoppelt. Nach Wechselwirkung mit dem Textilmaterial 9, bspw. Reflexion und/oder Streuung an demselben, wird zumindest ein Teil dieses Lichtes in Detektionswellenleiter 41 .1 -41 .3 eingekoppelt und von diesen zu Auskoppelschnittstellen 51 .1. 51 .2 geführt. Zum Aus- und Einkoppeln des Lichtes im Abtastbereich 3 werden in dieser Ausführungsform optische Koppelelemente 45 benötigt, die Licht aus der Ebene des Substrates 2 heraus bzw. von aussen in einen auf dem Substrat 2 integrierten Wellenleiter 41.2-41.3 hinein koppeln können. Solche Koppelelemente 45 sind an sich bekannt und brauchen hier nicht näher diskutiert zu werden. Die Koppelelemente 45 können zusätzlich mit Sammellinsen und anderen optischen Bauteilen ausgerüstet sein. Sendermodul und Empfängermodul,
Leitungen und Elektronikeinheit sind in Figur 9 der Einfachheit halber nicht eingezeichnet; sie können aber gleich oder ähnlich wie in den Figuren 1 oder 2 ausgeführt sein.
Die Abtastung an den Detektionsstellen kann optisch, elektrisch und/oder basierend auf einem anderen physikalischen Prinzip erfolgen. In hier nicht dargestellten
Ausführungsformen können statt oder zusätzlich zu der optischen Wellenleiterstruktur 4 auf dem Substrat 2 elektrische Schaltkreise integriert sein, wie sie aus dem Fachgebiet der Elektronik bekannt sind. Solche Schaltkreise können nebst elektrischen Leiterbahnen passive und/oder aktive elektrische Bauteile beinhalten. Beispiele für solche elektrischen Bauteile sind Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Transistoren, Filter und Verstärker. Auch komplexe Bauteile wie Mikroprozessoren können sich auf dem Substrat 2 befinden, wobei diese vorzugsweise als integrierte Schaltkreise in einem eigenen Gehäuse auf das Substrat 2 aufgebracht werden. Die elektrischen Leiterbahnen können in den Abtastbereich 3 münden, wobei die Mündungen vorzugsweise mit Elektroden versehen sind. Die
Elektroden dienen dazu, ein elektrisches Feld, vorzugsweise ein elektrisches Wechselfeld, im Abtastbereich 3 zu erzeugen und/oder zu detektieren. Das Textilmaterial 9
wechselwirkt mit dem elektrischen Feld und beeinflusst es. Die elektrische Prüfung des Textilmaterials 9 basiert darauf, die Einflüsse des Textilmaterials 9 auf das elektrische Feld zu detektieren und daraus auf physikalische Eigenschaften des Textilmaterials 9 zu sch Ii essen. Die kapazitive Prüfun von Textilmaterial 9 ist an sich aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Analo zur optischen Schnittstelle 55 und zum optischen Sender- und Empfangermodul 65 (vgl. Figur 2) kann die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 mit einer elektrischen Schnittstelle und einem elektrischen Anschlussteil ausgestattet sein. Die elektrische Schnittstelle kann als Steckverbindung ausgeführt sein, wie sie aus der Elektronik hinreichend bekannt und auf dem Markt erhältlich sind.
In hier nicht dargestellten Ausführungsfortnen der erfmdungsgemässen Vorrichtung kann sowohl eine optische Wellenleiterstruktur als auch eine elektrische Leiterstruktur auf demselben Substrat 2 integriert sein, wobei beide Strukturen zumindest teilweise in den Abtastbereich 3 münden. Somit bietet diese Ausführungsfonn die Möglichkeit, das Textilmaterial 9 wahlweise optisch, elektrisch oder sowohl optisch als auch elektrisch zu prüfen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben diskutierten
Ausführungsformen beschränkt. Bei Kenntnis der Erfindung wird der Fachmann weitere Varianten herleiten können, die auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehören. Insbesondere können die diskutierten Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden. Die in den Zeichnungen beispielhaft verwendete Anzahl von
Lichtquellen, Lichtempfängern, Wellenleitern, Detektionsstellen, Wellenleiterenden, Linsen etc. ist keineswegs einschränkend zu verstehen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Vorrichtung
2 Substrat
3 Abtastbereich
31 Lichtstrahlen
4 optische Wellenleiterstruktur
41 Detektionswellenleiter
42 Beleuchtungswellenleiter
43 Detektionsstelle
44 Sammellinse
45 optisches Koppelelement
51 Auskoppelschnittstelle
52 Einkoppelschnittstelie
53 mechanische Positioniennittel
55 optische Schnittstelle
61 Empfangermodul
62 Sendermodul
63 Lichtempfanger
64 Lichtquelle
65 Sender- und Empfangermodul
70 Elektronikeinheit
71, 72 elektrische Leitungen
8 Säulen des Ortsspektrums
Textilmaterial
Längsachse und Bewegungsrichtung des Textilmaterials

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten länglichen
Textihnateriai (9),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Textilmaterial (9) gleichzeitig an mehreren diskreten, entlang seiner
Längsrichtung (91) angeordneten und äquidistant voneinander beabstandeten Detektionsstellen (43.1 -43.9) abgetastet wird,
an den Detektionsstellen (43.1-43.9) detektierte Abtastsignale zu einem
Summensignal addiert werden und
aufgrund von zeitlichen Änderungen des Summensignals auf eine periodische Struktur des Textilmatcrials (9) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten Detektionsstellen (43.1-43.9) zur Verfügung gestellt werden, wobei die Detektionsstellen (43.1-43.9) innerhalb einer jeden Gruppe äquidistant sind und die Äquidistanzen der verschiedenen Gruppen unterschiedlich sind,
in jeder Gruppe die delektierten Abtastsignale zu einem Summensignal addiert werden und
aufgrund von zeitlichen Änderungen der einzelnen Summensignale periodische Anteile in der Struktur des Textilmatcrials (9) miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Werte einer den zeitlichen Änderungen entsprechenden Grösse (S*) für die mehreren Gruppen automatisch in einem
Diagramm dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Diagramm jeder Wert mit der Äquidistanz (Pi-Pio) der betreffenden Gruppe und/oder mit einer Ortsfrequenz, die im
Wesentlichen dem Kehrwert der Äquidistanz entspricht, bezeichnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4. wobei die Anzahl Gruppen zwischen 2 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 20 liegt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl
Detektionsstellen (43.1-43.9) zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 20 und 200, liegt. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Detektionsstellen (43.1 -43.9) auf einem äquidistanten Raster liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Aquidistanz (a) des Rasters zwischen 0.1 mm und 10 mm beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastung an den Detektionsstellen (43.1 -43.9) optisch erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Summensignal eine Summe von Intensitäten von an den Detektionsstellen (43.1 -43.9) delektierten Lichtanteilen ist.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Intensitäten mittels Zusammenführung von Lichtwellenleitern (41.1 -41.7) summiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Geschwindigkeit
(v) des Texti Imateri als (9) bestimmt wird, indem in dem Summensignal eine überwiegende Zeitfrequenz (f) bestimmt wird und die Geschwindigkeit (v) als Produkt aus der Zeitfrequenz (f) und der Aquidistanz (P) der Detektionsstellen (43.1- 43.9) berechnet wird.
13 Vorrichtung (1) zur Erkennung einer periodischen Struktur in einem bewegten
länglichen Texti lmaterial (9),
gekennzeichnet durch
ein Substrat (2) mit
mehreren diskreten, entlang der Längsrichtung (91 ) des Textilmaterials (9) angeordneten und äquidistant voneinander beabstandeten Detektionsstellen (43.1-43.9) zum gleichzeitigen optischen Abtasten des Textilmaterials (9) und einer auf dem Substrat (2) integrierten optischen Wellenleiterstruktur (4) zum Zusammenführen von an den Detektionsstellen (43.1-43.9) detektierten Lichtanteilen und zur Leitung der zusammengeführten Lichtanteile zu einer Auskoppelschnittstelle (51), die zum Auskoppeln von Licht aus der
Wellenleiterstruktur (4) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die optische Wellenleiterstruktur (4) derart ausgebildet ist, dass beim Zusammenführen eine Summe von Intensitäten der an den Detektionsstellen (43.1-43.9) detektierten Lichtanteile gebildet und das so gebildete Summensignal zur Auskoppel schnittsteile (51) geführt wird.
15. Vorrichtung (1 ) nach Ansprach 13 oder 14, wobei die optische Wellenleiterstruktur (4) mindestens eine Verzweigung mit mindestens zwei Asten aufweist. 16. Vomchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-15, wobei die optische
Wellenleiterstruktur (4) mindestens einen Wellenleiter (41.1 , 41.3, 41.5, 41.7) zur Leitung von Licht zu den Detektionsstellen (43.1-43.9) beinhaltet.
17. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-16, wobei die Detektionsstellen (43.1- 43.9) mit jeweils mindestens einer Sammellinse (44) versehen sind.
1 8. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-17, wobei Auskoppelschnittstelle (51) zum Verbinden der W el 1 en 1 e i t er s t r u k t u r mit einem optischen Anschlussteil (61) eingerichtet ist.
19. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-18, wobei die Auskoppelschnittstelie (51 ) an einem Rand des Substrates (2) angebracht ist.
20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13-19, wobei
auf dem Substrat (2) mehrere Gruppen von jeweils mehreren diskreten
Detektionsstellen (43.1-43.9) angeordnet sind, wobei die Detektionsstellen (43.1- 43.9) innerhalb einer jeden Gruppe äquidistant sind und die Äquidistanzen der verschiedenen Gruppen unterschiedlich sind, und die optische Wellenleiterstruktur (4) zum Zusammenführen von jeweils in einer jeden Gruppe detektierten Lichtanteilen und zur Leitung der einzelnen
zusammengeführten Lichtanteile zu einer Auskoppelschnittstelle (51) ausgebildet ist. 21. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 20, wobei die Anzahl Gruppen zwischen 2 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 20 liegt.
22. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-21 , wobei die Anzahl
Detektionsstellen (43.1 -43.9) zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 20 und 200, liegt.
23. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 13-22, wobei alle Detektionsstellen
(43.1 -43.9) auf einem äquidistanten Raster liegen. 24. Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, wobei die Aquidistanz (a) des Rasters zwischen 0.1 mm und 10 mm beträgt.
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