DE4123935A1 - Pruefverfahren zur automatischen und beruehrungslosen messung der doppelbrechung von faeden mit beliebigen gangunterschieden - Google Patents
Pruefverfahren zur automatischen und beruehrungslosen messung der doppelbrechung von faeden mit beliebigen gangunterschiedenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren und eine Vor
richtung zur automatischen und berührungslosen Messung
der Doppelbrechung von Fäden mit beliebigen Gangunter
schieden und deren Durchmesser.
Nach dem Prüfverfahren und der Vorrichtung können alle
Fäden aus organischen oder anorganischen Polymeren im
schmelzeflüssigen oder festen Zustand untersucht werden.
Aus der Sz-PS 3 42 768 ist bekannt, daß man den Gangunter
schied von bewegten oder ruhenden Fäden mit einer Prüf
anordnung in Verbindung ähnlich einem Senarmont-Kompen
sator berührungslos ermitteln kann. Abweichend von der
Senarmont-Methode wird bei der DE-AS 10 97 167 das unter
einem Winkel von 10 bis 20 Grad zum einfallenden Strahl
gestreute Licht gemessen, wobei es dabei notwendig ist,
daß ständig ein schwarzer Hintergrund vorhanden sein muß,
um ein Lichtintensitäts-Minimum als Indikator für die
objektive Einstellung des drehbaren Analysators zu er
zeugen.
Nachteilig ist bei den nach der DE-AS 10 97 167 und
Sz-PS 3 42 768 bekannten Verfahren, daß damit nur der Gang
unterschied der zu prüfenden Fäden ermittelt werden kann,
während keine Aussage zum Durchmesser möglich ist.
Aus dem vorliegenden Prüfergebnis lassen sich somit keine
Rückschlüsse auf die Orientierung, die Doppelbrechung und
den Durchmesser der Fäden ziehen, so daß es nicht möglich
ist, sofort und schnell den technologischen Prozeß zu regeln.
Fäden mit Gangunterschieden von größer als einer verwende
ten Wellenlänge können grundsätzlich nicht gemessen werden.
Verfahren zur automatischen Durchmesserbestimmung sind
bekannt. So wird bei sehr feinen Fäden mit einem Durch
messer 200 Mikrometer nach der Fraunhoferschen Beu
gung und bei sehr dicken Fäden nach der Laser-Scanning
oder der Schattenmethode gearbeitet
(DD-PS 1 15 200 und Schwerdtner, A. u. a. Optoelektronische
Meßverfahren zur Durchmesserbestimmung von Fäden, Formeln,
Faserstoffen, Fertigwaren (1988) 2, Seiten 24-30).
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung der be
rührungslosen Lichtintensitätsmessung zu einem Verfahren
mit zugehöriger Vorrichtung, die in der Lage ist, schnell
und zuverlässig sowie automatisch die Doppelbrechungser
mittlung bei Fäden mit beliebigen Gangunterschieden und
deren Durchmesser möglich zu machen. Es soll dabei uner
heblich sein, ob sich der zu prüfende Einzelfaden oder
das Fadenbündel in Ruhe oder Bewegung befinden oder beim
Spinn- oder Reckprozeß ihre Orientierung und/oder ihren
Durchmesser ändern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man
für die Doppelbrechungsmessung weißes und für die Durch
messerbestimmung monochromatisches Licht benutzt.
Hierbei wird das Prüfverfahren so durchgeführt, daß an
derselben Fadenstelle gleichzeitig der Gangunterschied
und der Durchmesser ermittelt werden, wobei zur Gangunter
schiedsmessung das unter einem Winkel von 10 bis 40 Grad
zum einfallenden Strahl gestreute Licht einer modulierten,
weißen Lichtquelle durch Drehen eines Soleilkompensators
auf das absolute Lichtintensitätsminimum erfaßt wird,
wogegen die Durchmesserbestimmung mit einer monochromatischen
Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, im Gleichlicht durch
geführt wird und man in bekannter Weise dessen in Richtung
des einfallenden Laserstrahles hinter dem Faden erzeugtes
Beugungsbild mit der CCD-Zeile abtastet, den Abstand der
Beugungsminima als umgekehrt es Maß für die Durchmesserbe
stimmung ausnutzt und den Quotienten aus beiden Meßgrößen
bildet.
Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird eine Vorrichtung
eingesetzt, bei der eine modulierbare weiße Lichtquelle,
der eine Optik, eine quaderförmige Rechteckblende, deren
Höhe gleich der einzustellenden Integrationslänge ist
und deren Breite mindestens dem Lageschwankungsbereich
des Fadens entspricht, und ein Polarisator nachgeschaltet
sind, zu dem zu messenden Faden so angeordnet ist, daß
in einem Winkel von 10 bis 40 Grad zum einfallenden Strahl
über eine Rechteckblende mit anschließendem Soleilkompen
sator und Analysator der Photoempfänger das vom Faden ge
streute Licht erhält und der zugeordnete Resonanzverstär
ker mit Tendenzerkennungseinheit, der auf die Modulations
frequenz abgestimmt ist, mit dem Schrittmotor zum Antrieb
des Soleilkompensators gekoppelt ist und daß der mit dem
Soleilkompensator ebenfalls verbundene Winkelkodierer mit
der Recheneinheit gekoppelt ist, die wiederum über den
Komparator mit der CCD-Zeile mit integriertem Taktgenera
tor so verbunden ist, daß das vom Faden über die Optik
erzeugte Beugungsbild von der CCD-Zeile erfaßbar wird,
wobei der Laser mit der Optik spiegelsymmetrisch zur Optik
mit der CCD-Zeile angeordnet ist.
Sinnvoll ist es auch, die weiße Lichtquelle mit Gleich
licht und den Laser mit Wechsellicht zu speisen.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn die modulierbare
weiße Lichtquelle über ein Lichtleitkabel auf den Faden
wirkt, wobei der Gesamtquerschnitt des Lichtleitkabels
insgesamt ein Rechteck bildet.
Das Prüfverfahren und die Vorrichtung sind für die Über
wachung des Spinnprozesses von monofilen oder polyfilen
Fäden oder während des Reckprozesses von monofilen Fäden
geeignet, um Vorgänge in diesen technologischen Stufen
zu untersuchen, Fehlerquellen beim Fadenbildungsprozeß
aufzudecken und den Prozeß zu regeln, damit eine konstante
Orientierung, d. h. eine konstante Doppelbrechung oder
ein konstanter Durchmesser beim Herstellungsprozeß von
endlosen Fäden erzielt wird.
Die Anwendung des aufgezeigten Verfahrens und der Vor
richtung ist besonders in der Chemiefaserindustrie zur
Herstellung von Fäden aus Polyamiden, Polyestern und
Polyolefinen geeignet.
Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
In der dazugehörigen Figur wird die Anordnung der Vor
richtungselemente dargestellt.
Zur Gangunterschiedsmessung ist eine modulierbare weiße
Lichtquelle 1 erforderlich, der eine Optik 2, eine qua
derförmige Rechteckblende 3, deren Höhe gleich der einzu
stellenden Integrationslänge entspricht und deren Breite
im Lageschwankungsbereich des Fadens oder der Fäden 5
liegt, und ein Polarisator 4 nachgeschaltet sind.
In einem Winkel von 10 bis 40 Grad zum einfallenden Strahl
erhält der Photoempfänger 9 über eine Rechteckblende 6
mit anschließendem Soleilkompensator 7 und Analysator 8
das vom Faden 5 gestreute Licht.
Dem Photoempfänger 9 ist der Resonanzverstärker 10 mit
Tendenzerkennungseinheit zugeordnet. Der Resonanzver
stärker 10 ist auf die Modulationsfrequenz abgestimmt und
mit dem Schrittmotor 11 zum Antrieb des Soleilkompensa
tors 7 verbunden. Der Soleilkompensator 7 ist gleich
zeitig mit einem Winkelkodierer 12 mechanisch verbunden,
der an die Recheneinheit 18 elektrisch angeschlossen ist.
Zur Durchmesserbestimmung ist der Laser 13 mit der Optik
14 notwendig. Spiegelsymmetrisch zum Faden 5 ist eine
weitere Optik 15 mit CCD-Zeile 16 und Komparator 17 ange
ordnet, der ebenfalls mit der Recheneinheit 18 verbunden
ist.
Ein ungereckter und glänzender Polyamidfaden mit einem
Durchmesser von 152 Mikrometer und einem Gangunterschied
von 185 nm soll gemessen werden. Beim verwendeten Soleil
kompensator 7 entsprechen dem Gangunterschied von 100 nm
genau 360 Winkelgrade. Die Modulationsfrequenz der Xenon
lampe 1 beträgt 50 Hz. Die Spalt breite der Rechteckblende
liegt bei 15 mm. Der Ablenkwinkel beträgt 35 Grad. Nach
Einbringen des Fadens 5 in die in der Figur angegebenen
Position dreht der Schrittmotor 11 den Soleilkompensator 7
bis zum ersten relativen Lichtintensitätsminimum, das bei
R1=161 nm liegt (Photostrom I=58 nA).
Den nächsten Minima sind folgende Werte zugeordnet:
R2 = 777 nm (I = 75 nA),
R3 = 1522 nm (I = 100 nA) und
R4 = 2205 nm (I = 107 nA).
R3 = 1522 nm (I = 100 nA) und
R4 = 2205 nm (I = 107 nA).
Die Tendenzerkennungseinheit im Resonanzverstärker 10
steuert den Schrittmotor 11 zum ersten Minimum zurück,
das in diesem Beispiel gleich zum absoluten Lichtinten
sitätsminimum wird. Der Winkelkodierer 12 meldet den dem
Gangunterschied von 161 nm entsprechenden Winkel von
144,9 Grad an die Recheneinheit 18 weiter.
Gleichzeitig wird durch die Fraunhofersche Beugung am
Faden 5 mit der vom Helium-Neon-Laser 13 stammenden Strahlung
der doppelte Winkelabstand der Lichtintensitätsminima in
der CCD-Zeile 16 mit dem Taktgenerator und dem Komparator 17
jeweils links und rechts des Hauptmaximums von 0,48 Grad
ermittelt. Dieser Winkelabstand wird an die Rechenein
heit 18 gemeldet, die aus dem Gangunterschied R1 und
dem zum halben Winkelabstand, d. h. von 0,24 Grad, ge
hörenden Durchmesser von 152 Mikrometer die Doppel
brechung von 0,00106 ermittelt.
Die wegen des Ablenkwinkels von 35 Grad notwendige Kor
rektur auf Grund des kleineren wirksamen Durchmessers
ergibt dann die Doppelbrechung von 0,00122.
Mit der gleichen Anordnung wie im Ausführungsbeispiel 1
soll ein ungereckter und mattierter Polyamidfaden mit
einem Durchmesser von 94 Mikrometer und einem Gangunter
schied von 1222 nm gemessen werden. Die zu den verschie
denen relativen Lichtintensitätsminima gehörenden Gong
unterschiede und Photoströme ergeben sich wie folgt:
R1 = 166 nm | |
I = 69 nm (Maß für die Intensität) | |
R2 = 800 nm | I = 79 nm |
R3 = 1609 nm | I = 86 nm |
R4 = 2327 nm | I = 88 nm |
R5 = 3042 nm | I = 90 nm |
Der zum absoluten Lichtintensitätsminimum gehörende Gang
unterschied R1 entspricht nicht dem wirklichen Gangun
terschied von 1222 nm.
Ursache sind die zusätzlichen Eigenminima des Soleilkom
pensators 7, deren Intensität mit dem Gangunterschied zu
nimmt. Diese Eigenminima müssen vom Faden überkompensiert
werden. Im Ausführungsbeispiel 1 lag der zu ermittelnde
Gangunterschied im Bereich des absoluten Lichtintensitäts
minimums des Soleilkompensators (R1 - Soleil = 185 nm
mit I = 61 nA).
Im vorliegenden Beispiel müssen die Eigenminima des Sol
eilkompensators überkompensiert werden. Aus Versuchen
ergab sich für Polyamid - und Polyesterfäden ein einfach
zu handhabendes Kriterium:
d. h. die Anzahl N der Faden pro Länge L muß mindestens
in der Größenordnung von 0,5 mm-1 liegen. Das bedeutet bei
einer Spaltbreite von L=2 mm, daß ein Faden bereits genügt,
aber bei 15 mm Spaltbreite sind mindestens 8 Fäden zur
Oberkompensation erforderlich.
Die Ergebnisse für beide Spaltbreiten werden nachfolgend
angegeben:
Bei der kleinen Spaltbreite (2 mm) liegt das absolute
Lichtintensitätsminimum bei R2 und bei der größeren Spalt
breite (15 mm) bei R3 und ergibt in beiden Fällen die
richtige Größenordnung des Gangunterschiedes.
Die Doppelbrechung liegt dann auch in der richtigen
Größenordnung von 0,013.
Die Korrektur des Durchmessers ist bei der hier vorliegen
den Mattierung nicht notwendig.
Übersicht über verwendete Bezugszeichen
1 modulierbare weiße Lichtquelle
2 Optik
3 quaderförmige Rechteckblende
4 Polarisator
5 Faden
6 quaderförmige Rechteckblende
7 Soleilkompensator
8 Analysator
9 Photoempfänger
10 Resoanzverstärker mit Tendenzerkennungseinheit
11 Schrittmotor
12 Winkelkodierer
13 Laser
14 Optik
15 Optik
16 CCD-Zeile mit Taktgenerator
17 Komparator
18 Recheneinheit für die Quotientenbildung und Anzeige
2 Optik
3 quaderförmige Rechteckblende
4 Polarisator
5 Faden
6 quaderförmige Rechteckblende
7 Soleilkompensator
8 Analysator
9 Photoempfänger
10 Resoanzverstärker mit Tendenzerkennungseinheit
11 Schrittmotor
12 Winkelkodierer
13 Laser
14 Optik
15 Optik
16 CCD-Zeile mit Taktgenerator
17 Komparator
18 Recheneinheit für die Quotientenbildung und Anzeige
Claims (5)
1. Prüfverfahren zur automatischen und berührungslosen
Messung der Doppelbrechung von Fäden mit beliebigen
Gangunterschieden, gekennzeichnet dadurch, daß an
derselben Fadenstelle gleichzeitig der Gangunterschied
und der Durchmesser ermittelt werden, wobei zur Gang
unterschiedsmessung das unter einem Winkel von 10 bis
40 Grad zum einfallenden Strahl gestreute Licht einer
modulierten, weißen Lichtquelle durch Drehen eines
Soleilkompensators auf das absolute Lichtintensitäts
minimum erfaßt wird, wogegen die Durchmesserbestimmung
mit einer monochromatischen Lichtquelle, vorzugsweise
einem Laser, im Gleichlicht durchgeführt wird und man
in bekannter Weise dessen in Richtung des einfallenden
Laserstrahles hinter dem Faden erzeugtes Beugungsbild
mit der CCD-Zeile abtastet, den Abstand der Beugungs
minima als umgekehrtes Maß für die Durchmesserbestimmung
ausnutzt und den Quotienten aus beiden Meßgrößen bildet.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Prüfverfahrens zur
automatischen und berührungslosen Messung der Doppel
brechung von Fäden mit beliebigen Gangunterschieden,
gekennzeichnet dadurch, daß eine modulierbare weiße
Lichtquelle (1), der eine Optik (2), eine quaderförmige
Rechteckblende (3), deren Höhe gleich der einzustellen
den Integrationslänge ist und deren Breite mindestens
dem Lageschwankungsbereich des Fadens (5) entspricht
und ein Polarisator (4) nachgeschaltet sind, zu dem zu
messenden Faden (5) so angeordnet ist, daß in einem
Winkel von 10 bis 40 Grad zum einfallenden Strahl über
eine Rechteckblende (6) mit anschließendem Soleilkompen
sator (7) und Analysator (8) der Photoempfänger (9) das
vom Faden (5) gestreute Licht erhält und der zugeordnete
Resonanzverstärker (10) mit Tendenzerkennungseinheit,
der auf die Modulationsfrequenz abgestimmt ist, mit
dem Schrittmotor (11) zum Antrieb des Soleilkompen
sators (7) gekoppelt ist und daß der mit dem Soleil
kompensator (7) ebenfalls verbundene Winkelkodierer
(12) mit der Recheneinheit (18) gekoppelt ist, die
wiederum über den Komparator (17) mit der CCD-Zeile (16)
mit integriertem Taktgenerator so verbunden ist, daß
das vom Faden (5) über die Optik (15) erzeugte Beu
gungsbild von der CCD-Zeile (16) erfaßbar wird, wobei
der Laser (13) mit der Optik (14) spiegelsymmetrisch
zur Optik (15) mit CCD-Zeile (16) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch,
daß die weiße Lichtquelle mit Gleichlicht und der
Laser mit Wechsellicht arbeiten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch,
daß bei Gleich- oder Wechsellichtbetrieb für beide
Lichtquellen vor dem Photoempfänger ein Paßfilter
angeordnet wird, dessen obere Wellenlängengrenze unter
halb der roten Laserwellenlänge liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch,
daß die modulierbare weiße Lichtquelle über Lichtleit
kabel auf den Faden wirkt, wobei der Gesamtquerschnitt
des Lichtleitkabels insgesamt ein Rechteck bildet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914123935 DE4123935A1 (de) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | Pruefverfahren zur automatischen und beruehrungslosen messung der doppelbrechung von faeden mit beliebigen gangunterschieden |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4123935A1 true DE4123935A1 (de) | 1993-01-21 |
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ID=6436524
Family Applications (1)
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DE19914123935 Withdrawn DE4123935A1 (de) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | Pruefverfahren zur automatischen und beruehrungslosen messung der doppelbrechung von faeden mit beliebigen gangunterschieden |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4123935A1 (de) |
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