WO2000020849A1

WO2000020849A1 - Vorrichtung zum erfassen von fremdstoffen in einem garn

Info

Publication number: WO2000020849A1
Application number: PCT/CH1999/000458
Authority: WO
Inventors: Peter Pirani; Hans Wampfler
Original assignee: Zellweger Luwa AG
Current assignee: Zellweger Luwa AG
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2001-04-01
Also published as: CN1186623C; US6944323B1; CN1320210A; EP1117990A1; JP4543404B2; JP2002526768A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Fremdstoffen in einem Garn mit Hilfe eines Detektors, der das Garn, das durch ein Beleuchtungselement belichtet ist, zeilenweise abtastet. Um Garn laufend, mit guter Auflösung und mit hoher Geschwindigkeit prüfen zu können, besteht die Vorrichtung aus einer kompakten Einheit aus einem Sensor oder Detektor, einem Objektiv und einem Beleuchtungselement, wobei diese Elemente eine gemeinsame Achse aufweisen und das Beleuchtungselement eine Beleuchtung des Garns mit sehr hoher Lichtstärke erlaubt. Dazu ist das Beleuchtungselement (1) halbkugelförmig ausgebildet und weist über die Halbkugel (5) verteilte Lichtquellen auf.

Description

VORRICHTUNG ZUM ERFASSEN VON FREMDSTOFFEN IN EINEM GARN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Fremdstoffen in einem Garn mit Hilfe eines Detektors, der das Garn, das durch ein Beleuchtungselement belichtet ist, zeilenweise abtastet.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 31 664 bekannt, bei der Garn so auf zwei Walzen aufgespult wird, dass eine Schicht mit mehreren nebeneinandertiegenden Abschnitten desselben Garns entsteht. Auf einer Seite dieser Schicht ist eine Lichtquelle und auf der anderen Seite ist eine Kamera angeordnet, die an einen Rechner angeschlossen ist, der ein Bildverarbeitungsprogramm speichert. Dabei erzeugt die Kamera ein Bild der Schicht worin Fremdstoffe wie Schalenteile je nach Beschaffenheit erkannt und gezählt werden können. Durch Drehen der Walzen kann die Schicht soweit verschoben werden, dass benachbarte Abschnitte des Garns in das Blickfeld der Kamera gerückt werden. So kann nach und nach die ganze Länge einer Gamprobe erfasst und geprüft werden.

Ein Nachteil der genannten Vorrichtung ist darin zu sehen, dass diese nur diskontinuierlich und mit beschränkter Geschwindigkeit arbeiten kann. Dies weil das Garn für die Erzeugung eines Bildes stillstehen soll. Die genannte Vorrichtung braucht ausserdem viel Platz und kann nicht in bestehende und für andere Prüfungen am Gam vorgesehene, an sich bekannte Gamtester integriert werden.

Aus der DE 39 28 279 und aus der US 5,345,515 sind weitere Vorrichtungen bekannt, mit denen Fremdstoffe erkannt werden können. Allerdings tun sie dies nicht im Gam, sondern in einem Faserverbund, der in der Garnherstellung eine Vorstufe bildet, so in einem Vlies oder einem Band. Dazu wird das Band oder Vlies in seiner Breite auseinandergezogen und flachgedrückt, so dass nur eine dünne Schicht bleibt, die alle Fremdstoffe für die Betrachtung von aussen offenlegt. Diese Vorrichtungen arbeiten ebenfalls langsam und setzen eine Veränderung des geprüften Materials voraus. Es sind somit keine zerstörungsfreien Prüfungen möglich.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der Garn laufend, mit guter Auflösung und mit hoher Geschwindigkeit zerstörungfrei geprüft werden kann. Dies wird gemass der Erfindung dadurch erreicht, dass eine kompakte Einheit bestehend aus einem Sensor oder Detektor, einem Objektiv und einem Beleuchtungselement gebildet wird wobei diese Elemente eine gemeinsame Achse aufweisen und das Beleuchtungselement eine Beleuchtung des Garns mit sehr hoher Lichtstarke erlaubt Dazu ist das Beleuchtungselement halbkugelformig ausgebildet und weist über die Halbkugel verteilte Lichtquellen auf, die überwiegend ihre Lichtstrahlen direkt auf das Zentrum der Halbkugel werfen In diesem Zentrum egt das Gam, oder, genauer genommen durch dieses Zentrum wird Gam bewegt und ein auf den Detektor abgebildeter Abschnitt des Garns liegt für den Moment der Aufnahme mindestens im Bereiche dieses Zentrums

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere dann zu sehen, dass die erfin- dungsgemasse Vorπchtung sehr platzsparend ausgebildet werden kann und so als Teil einer vorhandenen Anlage zur Prüfung von Garnen eingesetzt werden kann Da die Vomchtung nicht mehr Fremdstoffe in einem zweidimensionalen Suchfeld erkennen soll, sondern das Gam allein seiner Lange nach abtastet, ergibt sich eine vergleichsweise Beobachtung des Garns in einer einzigen Dimension, seiner Lange So findet die Prüfung losgelost von Einflüssen statt, die von anderen, daneben liegenden Gamabschnitten ausgehen konnten So ergibt sich eine neutralere Erfassung des Garns mit seinen eventuell vorhandenen Fremdstoffen, die allem durch ihre Form oder Farbe aus demjenigen Garnabschnitt hervortreten, in dem sie auch enthalten sind Durch die intensive Beleuchtung kann das Gam mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden und trotzdem ein brauchbares Signal erfasst werden

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren naher erläutert Es zeigen

Figur 1 einen Teil der erfindungsgemassen Vorrichtung in perspektivscher Darstellung,

Figur 2 den Teil in Aufsicht,

Figur 3 den Teil im Schnitt und

Figur 4 eine schematische Darstellung der gesamten Vomchtung

Fig 1 zeigt ein Beleuchtungselement 1 mit einer Endfache 2 und einer Halbkugel 5, in der Öffnungen für Lichtquellen angeordnet sind

Fig 2 zeigt das innen kugelsymmetπsch ausgebildete Beleuchtungselement 1 mit seiner hier ebenen Endflache 2, zu der in einem Abstand und pa^rallel ein Garn 3 gefuhrt und in seiner Längsrichtung in an sich bekannter Weise bewegt ist Man erkennt den Grundkreis 4 einer Halbkugel 5, deren Symmetneachse 6 sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt Die Halbkugel 5 weist in einem Sektor 11 mehrere Offnungen 7, 8, 9, 10 auf, in die Lichtquellen in Form von Leuchtdioden, Lichtleitern usw eingesetzt sind Die Halbkugel 5 weist einen weiteren Sektor 12 mit gleicher Verteilung der Öffnungen und Sektoren 13, 14 mit anderer, aber unter sich gleicher Verteilung der Öffnungen auf Wie insbesondere für die Öffnung 10 ersichtlich, sind diese vorzugsweise so angeordnet, dass keine Öffnung durch das Gam 3 abgedeckt ist Diese Massnahme vermeidet unvorteilhaften Schattenwurf durch das Gam 3 In der Symmetneachse 6 liegt eine Öffnung 15 für einen Detektor oder eine auf einen Detektor abbildende Optik Vorzugsweise weist die Halbkugel 5 gegen das Garn 3 hin eine Beschichtung mit weisser Farbe auf, die Mehrfachreflexionen des Lichtes fordert und so eine starke aber diffuse Beleuchtung des Garns ergibt

Fig 3 zeigt das Beleuchtungselement 1 im Schnitt mit der Symmetneachse 6 und der Öffnung 15 für den Detektor oder für eine auf den Detektor abbildende Optik, sowie Offnungen 16, 17 für Lichtquellen, deren Achsen 18, 19 sich in einem Zentrum 20 mit der Symmetneachse schneiden Es ist vorgesehen, dass sich die Achsen der weiteren gezeigten Offnungen ebenfalls im Zentrum 20 schneiden Das Beleuchtungselement 1 besteht aus undurchsichtigem Mateπal Es erstreckt sich einerseits quer über das Garn und andererseits längs des Gams Dies gilt insbesondere auch für den Hohlraum 27 Statt einer wie hier gezeigten Halbkugel, kann das Beleuchtungselement 1 auch eine davon abweichend gestaltete innere Flache 26 aufweisen Diese ist aber wie hier die Flache 26 immer gegen das Gam 3 gerichtet und begrenzt einen neben dem Gam 3 egenden Hohlraum 27 mit Offnungen für Lichtquellen usw Diese Flache 26 konnte beispielsweise auch eine ovale oder eine zylindrische Form haben Wichtig ist aber die Anordnung der Lichtquellen, die alle im wesentlichen gegen ein Zentrum 20 geπchtet sein sollen

Fig 4 zeigt die gesamte Vomchtung mit dem Beleuchtungselement 1 , dem Garn 3 und der Symmetneachse 6 Längs dieser Symetπeachse 6 ist auch ein Obkektiv 21 und ein Detektor 22 angeordnet, der über einen Bus oder eine Leitung 23 mit einem Rechner 24 verbunden ist Als Detektor ist vorzugsweise ein Feld mit zellenförmig angeordneten Sensorelementen oder eine CCD-Kamera vorgesehen Das Objektiv 21 verkleinert das Bild des Gams beispielsweise im Verhältnis 1 4, so dass mit relativ kleinen Sensorelementen, beispielsweise der Dimension 0 06mm x 0 015mm gearbeitet werden kann In dieser Auslegung deckt ein Schalenteil von ca 0 5 mm Durchmesser die Schmalseite eines Detektorelementes ganz ab Der Rechner 24 weist Programme auf, die es ihm erlauben, die Signale des Detektors zu filtern und mit vorgegebenen Schwellwerten zu vergleichen um vorhandene Fremdstoffe zu erkennen und Anzahl und Grosse von Fremdstoffen zu speichern Dem Beleuchtungsele- meπt 1 gegenüberliegend ist femer als Hintergrund für das Gam eine Abdeckung 25 ange^¬ ordnet, deren gegen das Beleuchtungselement 1 zugekehrte Seite eine wahlbare, Vorzugs- weise weisse Farbe haben kann Gegen das Gam 3 hin kann die Halbkugel 5 durch ein Deckglas abgeschlossen sein, um Verschmutzungen in den Offnungen 7 8 9 10 usw zu vermeiden In einer besonderen Ausfuhrung konnte die Abdeckung 25 ebenfalls halbkugel- formig ausgebildet und wahlweise mit Öffnungen für Lichtquellen versehen sein Sollen beispielsweise dunkle Fremdstoffe in einem Garn heller Farbe erkannt werden, so ist der Hintergrund, also die Abdeckung 25 ebenfalls heller Farbe Dies fordert die erwünschten Mehrfachreflexionen des Lichtes zwischen dem Beleuchtungelement 1 und der Abdeckung 25

Die Wirkungsweise der erfindungsgemassen Vorrichtung ist dabei wie folgt

Das Gam 3 wird beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 400m pro Minute am Zentrum 20 der Vomchtung vorbeibewegt und durch die Lichtquellen in den Öffnungen 7, 8, 9, 10 und entsprechenden Offnungen in den anderen Sektoren 12, 13 14 sehr intensiv mit Auflicht beleuchtet, das teilweise in der Hauptachse 6 reflektiert und vom Detektor 22 erfasst werden kann Dabei wird in der unmittelbaren Umgebung des Zentrums 20 ein besonders hell und homogen beleuchteter zentraler Bereich erzeugt Dieser kann durch Blenden vor dem Detektor 22 in seiner Ausdehnung, oder durch die Dimension der Detektorelemente beschrankt aber auch beispielsweise so genchtet werden dass er sich längs des Gams 3 weiter erstreckt als quer zum Garn 3 Damit kann eine sehr kleine Auflosung erreicht werden Vorzugsweise wird blaues Licht verwendet, wie es beispielsweise durch an sich bekannte Elemente wie z B LED's (Lichtemittierende Dioden), Laser usw ausgesendet wird Dies hat den Vorteil, dass gute Kontraste zu vegetabilen Fremdstoffen im Gam erzeugt werden, da diese oft bräunlich, gelblich oder rötlich gefärbt sind Ein im Gam 3 vorhandener Fremdstoff, der sich durch seine Grosse, die den Durchmesser des Gams übersteigt, oder seine Farbe, die von der Farbe des Garns abweicht, abhebt, verändert die Intensität des reflektierten Lichts, was durch den Detektor 22 erfasst wird Durch die intensive Beleuchtung des Gams im Bereiche des Zentrums 20 und die gewählten Abmessungen von Sensorelementen im Detektor 22 kann eine hohe Auflosung erreicht werden was es wiederum erlaubt dem Gam hohe Geschwindigkeiten vorzugeben Bei einer Wellenlange von 470 nm mit einer Abbildung im Massstab 4 1 und einer (objektseitigen) numerischen Apertur 0 08 auf dem Empfanger erreicht man eine Leistungsdichte von 1 8 mW/cm² Die Auswertung der Signale wie sie der Detektor 22 abgibt, ist an sich bekannt und beispielsweise in der Patentschrift US 5 499,794 beschrieben

Claims

Patentansprüche

Vomchtung zum Erfassen von Fremdstoffen in einem Ga (3) mit Hilfe eines Detektors (22), der das Garn, das durch ein Beleuchtungselement (1) belichtet ist, abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement zur intensiven Beleuchtung eines einzigen in seiner Längsrichtung bewegten Garns ausgebildet und angeordnet ist, eine Flache (26) aufweist, die gegen das Gam (3) genchtet ist und einen neben dem Gam (3) hegenden Hohlraum (27) mit Offnungen für Lichtquellen begrenzt, der sich längs und quer zum Garn erstreckt und dass der Detektor in einer durch das Zentrum (20) verlaufenden Symmetneachse (6) des Hohlraums angeordnet ist

Vomchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass das Beleuchtungselement kugelsymmetrisch ausgebildet ist

Vorπchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Garn senkrecht zur Symmetneachse (6) mit dem Detektor gefuhrt ist

Vorπchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass das Beleuchtungselement (1) mindestens naherungsweise die Form einer, mit einer Ebene (2) geschnittenen Halbkugel aufweist

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das Gam parallel zu der Ebene (2) verlauft, mindestens naherungsweise im Zentrum (20) des Beleuchtungselementes hegt, welches mehrere Offnungen (7, 8, 9, 10) für Lichtquellen aufweist, mit Achsen (18, 19) die mindestens naherungsweise durch das Zentrum (20) gehen

Vomchtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Lichtquellen blaues Licht aussendet

Vomchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass das Beleuchtungselement eine Symmetneachse (6) aufweist in der eine Öffnung (15) für den Detektor vorgesehen ist, wobei die Offnungen für Lichtquellen gleichmassig um diese Symmetrieachse verteilt sind

Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass dem Beleuchtungselement gegenüberliegend in einem Abstand eine Abdeckung (25) angeordnet ist, die als Hintergrund für das Garn wirkt