DE69104423T2 - Verfahren und vorrichtung zur messung der verwindung eines textilgarns. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Drehung eines Textilfadens auf optischem Wege, indem man den Faden durch ein Lichtbündel beleuchtet, so daß sich ein Lichtfleck bildet, der dem Licht entspricht, das von den Oberflächenfasern des kompakten Kerns des Fadens abgelenkt wird.
• Sie betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Einrichtung des Verfahrens zur Messung eines Textilfadens auf optischem Wege, bestehend aus Vorrichtungen um den Faden durch ein Lichtbündel zu beleuchten, um so einen Lichtfleck zu bilden, der dem Licht entspricht, das von den Oberflächenfasern des kompakten Kerns des Fadens abgelenkt wird.
• Man kennt mehrere Methoden, um die Drehung eines Textilfadens zu messen, die eines der wichtigsten Merkmale eines Fadens darstellt. Tatsächlich hängen die meisten der mechanischen Eigenschaften und sogar die Zugänglichkeit von Reagenzien, insbesondere Farbstoffen während der Färbung, von diesem grundsätzlichen Parameter ab. Die Drehung wird durch die folgende Formel bestimmt:
• T = tgα / π.d
• in der T die Drehung in Drehung/Meter repräsentiert, α den Drehungswinkel und d den Durchmesser des Fadens in Metern, insoweit die Struktur des Fadens als perfekt betrachtet werden kann und einem traditionellen Modell entspricht, bestehend aus Spiralwicklungen von Fasern in übereinanderliegenden Schichten. In diesem Fall definiert der charakteristische Winkel der Spiralwicklung die Drehung. Eine der bekannten Methoden nennt sich "Messung durch einfache Aufdrehung".
• Diese Methode besteht darin, denn Faden bis zur Drehfreiheit aufzudrehen und die Anzahl der Umdrehungen zu zählen, die notwendig sind, um diese Aufdrehung zu erhalten. Obwohl diese Meßmethode sehr einfach ist, stört man in der Praxis auf Schwierigkeiten, sobald es sich nicht mehr um klassische gekämmte Garne handelt und das Garn unregelmäßig ist, weil es dann praktisch unmöglich ist, es regelmäßig aufzudrehen um die Drehfreiheit zu erhalten.
• Im Falle einer sehr unregelmäßigen Struktur ist es so, daß während einige Partien bereits aufgedreht sind, andere Partien noch gedreht sind und wenn man diese aufdreht, verursacht dies eine Nachdrehung der bereits aufgedrehten Partie im umgekehrten Sinne.
• Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde vorgeschlagen eine Nadel zu Hilfe zu nehmen und diese zwischen die Fasern zu schieben, im Abstand der die beiden Klemmen des Garndrehungsmessers trennt. Das bedeutet, daß man mit sehr kurzen Probestücken in der Größenordnung von 2,5 bis 5 cm maximal arbeiten muß. Selbst in diesem Fall ist die Bestimmung oft sehr schwer auszuführen.
• Eine andere Meßmethode nennt sich "Messung durch Aufdrehung-Nachdrehung". Das Prinzip der Messung durch Aufdrehung und Nachdrehung im umgekehrten Sinn bis die ursprüngliche Länge wiedererlangt ist, beruht auf der Hypothese, daß die durch Drehung erhaltene Verkürzung unabhängig von der Drehrichtung ist. Dieses trifft nur zu im Fall von perfektem Garn, ein Garn bestehend aus idealen Fasern, die nicht eine Form "einhalten", die durch die Drehung auferlegt wird.
• In der Praxis, sogar bei Lagerung, sind die Faserpositionen im Garn bereits fixiert und infolgedessen wird bedingtermaßen eine gewisse Form "eingehalten".
• Eine dritte bekannte Methode nennt sich "Messung durch mehrfache Auf- und Nachdrehung mit Probenkorrektur".
• Die Gegenprobe wurde häufig vorgeschlagen als Mittel um eine korrekte Einschätzung der Drehung zu erhalten. Die Bestimmung durch Gegenprobe besteht darin, eine Aufdrehung und eine Nachdrehung durchzuführen, gefolgt von einer anderen Aufdrehung und Nachdrehung in der ursprünglichen Richtung bis zum Erhalt der ursprünglichen Länge. Diese Messung setzt erneut einen Ausgleich des Verhaltens durch Aufdrehung-Nachdrehung in beiden Drehrichtungen voraus.
• Die Messung der Aufdrehung-Nachdrehung mit vierfacher Gegenprobe ist eine Methode zur Bestimmung der Drehung, die vier aufeinanderfolgende Messungen erfordert, ausgeführt mit Hilfe eines gleichen Aufzählers- Abzählers. Zuerst wird das Probestück aufgedreht, dann wieder zurückgedreht, so lange bis die ursprüngliche Länge wieder erreicht ist. Man dreht die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen auf, die erforderlich sind um die Drehung zu annulieren, dann dreht man die gleiche Anzahl der Umdrehungen im umgekehrten Sinne wieder zurück, erhöht um einige Umdrehungen, wegen der nicht perfekten Symmetrie der Aufdrehungs-Rückdrehungsoperationen, insbesondere der mehr oder weniger starken Fixierung der Drehung am Faden im Moment der Messung.
• Eine andere Methode auf optischem Wege, nämlich Mikroskopie, besteht darin den Neigungswinkel der Faserwindungen im Vergleich zur Achse des Garns zu messen und die Drehung T (Umdrehungen/m) zu berechnen, wobei der Durchmesser d (m) des Garns bekannt ist.
• Das setzt jedoch voraus, daß das Garn aus konzentrischen aufeinanderliegenden Faserschichten ausgeführt ist, die regelmäßig angeordnet sind und einen streng definierten Garndurchmesser in einer perfekt zylindrischen Form haben, was niemals der Fall ist. Außerdem verlangt die ziemlich hohe Variation des sichtbaren Fadenteils eine große Anzahl von Messungen.
• Die PARAMONOV Methode bietet eine schnelle Technik zur Bestimmung des Drehwinkels, basierend auf einer optischen Methode, welche die Streuung von Laserstrahlen durch die Fasern in kleinen Winkeln verwendet. Um dieses Phänomen zu beobachten, wird ein schmaler Laserstrahl senkrecht auf das Garn gerichtet. Die durch den Faden abgelenkten Strahlen werden von einer Vorrichtung aufgefangen, die hinter dem Faden plaziert ist. Die Winkel zwischen der Mittellinie und jeder Abzweigung, die jeweils der Komponente aus der Drehung der Fasern am oberen Rand des Garns und der aus der Drehung der Fasern am unteren Rand des Garns entsprechen, sind gleich den Neigungswinkeln der Oberflächenfasern im Vergleich zur Achse an beiden Seiten des Garns.
• Diese schnelle Messung zur punktweisen Bestimmung der Lage der Fasern auf einem gegebenen Niveau des Garns ermöglicht lediglich, einen annähernden Wert der Oberflächendrehung zu erhalten, auch wenn die Bestimmungen wiederholt werden. Diese Messung liefert nur zufriedenstellende Ergebnisse, wenn es sich um klassische gekämmte Garne handelt, die mit großer Sorgfalt hergestellt wurden. Tatsächlich gibt es hier einen prinzipiellen Fehler. Die Ablenkung ist das Ergebnis von Randfasern der Biegestruktur des kompakten Kerns und nicht von den Oberflächenfasern des kompakten Kerns, so daß die erhaltenen Ergebnisse meist fehlerhaft sind.
• Das britische Patent GB-A-1 484 418 beschreibt eine Methode zur Bestimmung einer Interferenz, die sich aus dem Abstand ergibt, der zwei Unregelmäßigkeiten trennt, die aus dem Neigungswinkel der Fasern, der durch die Drehung entsteht, verursacht werden. Diese Messung setzt einen Faden voraus, der quasi perfekt in Durchmesser, Aufbau und sogar Regelmäßigkeit ist.
• Das britische Patent GB-A-1 494 264 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drehungswinkels eines Fadens durch Beleuchtung des Fadens durch eine große Lichtquelle und analysiert den Lichtflecken der von jeder Faser reflektiert wird. Der Neigungswinkel der Fasern kann nur dann korrekt bestimmt werden, wenn die Fasern reflektieren und perfekt aufgebaut sind, was nur bei Fäden aus synthetischen Fasern und Filamenten der Fall ist. Im gegenteiligen Fall, bei Fäden aus Naturfasern, wird der Faden zum Lichtverteiler in dem keine besondere Orientierung der Fasern entnommen werden kann.
• Unter den bekannten Methoden gibt es zwei Methodenkategorien für die Messung der Drehung:
• - ohne Deformation des Garns, mißt man den Neigungswinkel mit Hilfe eines optischen Gerätes,
• - indem man das Garn einer Aufdrehung oder mehreren Aufdrehungen - Nachdrehungen unterwirft, gemäß den gegebenen Bedingungen: das sind die klassischen mechanischen Methoden.
• Keine dieser bekannten Methoden ist wirklich zufriedenstellend. Die vorliegende Erfindung bietet an, das Problem der Messung der Drehung zufriedenstellend und schnell zu lösen.
• Mit diesem Ziel ist das Verfahren gemäß der Erfindung, wie im Vorwort definiert, gekennzeichnet dadurch, daß man diesen Lichtfleck untersucht, um dessen Energieaufteilung zu analysieren und man den Drehwinkel analysiert, indem man die Richtung der maximalen Energie im Lichtfleck feststellt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform beleuchtet man den Faden mittels eines einfarbigen Bündels kohärenten Lichtes, das senkrecht zu der Hauptrichtung des Fadens steht.
• Um die Richtung der maximalen Energie in dem Lichtfleck festzustellen bestimmt man vorzugsweise die größte Abmessung dieses Flecks, wobei der Drehungswinkel ergänzend zu dem Winkel ist, der zwischen der Richtung der größten Abmessung des Lichtflecks und der Hauptrichtung des Fadens gebildet wird.
• Zur Feststellung der Richtung, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, kann man mindestens einen drehbaren Schlitz verwenden.
• In einer anderen Ausführungsform kann man die Richtung, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels einer Detektormatrize feststellen.
• In einer Variante kann man die Richtung, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, feststellen durch den Einsatz einer Detektorreihe und eines Bündels Lichtleitfasern, dessen eines Ende eine Anordnung der Fasern in Kronenform und das andere Ende eine lineare Anordnung der Fasern enthält.
• Gemäß einer anderen Variante kann man die Richtung, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels eines Winkelkodierers feststellen.
• Ebenfalls zu diesem Zweck ist die Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel enthält um die Aufteilung der Energie dieses Lichtflecks zu analysieren und den Drehungswinkel durch Bestimmung der Richtung der maximalen Energie in dem besagten Fleck zu definieren.
• In einer bevorzugten Ausführungsform enthält sie Mittel um die größte Abmessung dieses Flecks festzustellen.
• Die Mittel zur Feststellung der größten Abmessung des Lichtflecks enthalten einen drehbaren Analysator, der mindestens einen drehbaren Schlitz enthält.
• Gemäß einer Variante enthalten die Mittel zur Feststellung der größten Abmessung des Lichtflecks eine Detektormatrize.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform enthalten die Mittel zur Feststellung der größten Abmessung des Lichtflecks eine Detektorreihe und ein Bündel Lichtleitfasern, dessen eines Ende eine Anordnung der Fasern in Kronenform und das andere Ende eine lineare Anordnung der Fasern enthält.
• Gemäß einer anderen Variante enthalten die Mittel zur Feststellung der größten Abmessung des Lichtflecks einen Winkelkodierer mit mindestens einer Serie getrennter Detektoren, die auf einer runden Linie angeordnet sind, sowie einen Elektronikkreis zur Erfassung der Detektoren, die das stärkste Signal liefern.
• Die vorliegende Erfindung wird deutlicher durch die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen:
• - die Zeichnung 1 die Form und Anordnung eines Ablenkungsflecks illustriert, dessen Analyse die Ableitung der Fadendrehung ermöglicht, und
• - die Zeichnung 2 eine Vorrichtung illustriert, die die Messung der Drehung eines Textilfadens durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
• Im Rahmen dieses Verfahrens geht man von der folgenden Hypothese aus: der Faden hat eine relativ einfache Struktur, d.h. die ideale Struktur des traditionellen Modells mit Spiralwicklung übereinanderliegender Faserschichten, so daß die Drehung durch den charakteristischen Winkel der Spiralwicklung definiert ist. Die eigentliche Messung basiert auf den Theorien der Ablenkung und Rückstrahlung. Man beleuchtet den Faden mit Hilfe eines Lichtbündels, z.B. ein Bündel kohärenten, einfarbigen Lichtes, wobei dieses Bündel im wesentlichen parallel und schmal ist. Wenn dieses die Oberflächenfasern des kompakten Fadenkerns erreicht, lenken diese das einfallende Licht auf die danebenliegenden Fasern ab, wodurch ein Lichtfleck auf dem Faden entsteht. Die Analyse der Energieaufteilung dieses Lichtflecks ermöglicht die Bestimmung der Fadendrehung, wobei die Hauptrichtung dieses Flecks, der eine längliche, oder in manchen Fällen elliptische Form hat, senkrecht zu den Fasern ist.
• Wie in Zeichnung 1 dargestellt, wird ein Faden 10 von einem Bündel kohärenten Lichtes 11 bestrahlt. Die Oberflächenfasern des Fadens brechen das Licht um einen Lichtfleck 12 zu bilden, der aufgenommen und auf einen Bildschirm projiziert werden kann, um ein Bild 13 zu bilden, das eine längliche, beziehungsweise elliptische Form aufweist. Die Hauptachse 14 des Lichtflecks 13 ist senkrecht zur der Richtung 15 der Fäden. Der Drehwinkel ist der Winkel, der aus der Richtung 15 mit der Fadenachse gebildet wird, d.h., der Ergänzungswinkel dessen, den die Hauptachse 14 des Lichtflecks mit der Fadenachse bildet.
• Die Feststellung der Hauptachse des Lichtflecks, die durch eine Analyse der Energieaufteilung in diesem Lichtfleck erfolgt, ermöglicht es den Drehungswinkel α zu bestimmen. Die Zeichnung 2 zeigt eine Ausführungsform des Gerätes, die es ermöglicht, den Drehungswinkel zu messen. Sie enthält eine Laserquelle 20, die ein Bündel 11 auf den Faden 12 abgibt, durch eine Optik mit z.B. drei Linsen L1, L2, L3. Ein halbtransparenter Spiegel 21 schickt das Bündel 11a, das von dem Faden 12 zurückgestrahlt wird, zurück auf einen zweiten halbtransparenten Spiegel 22, der es in ein Bündel 11b und ein Bündel 11c aufspaltet. Das Bündel 11b wird durch einen Filter 23 gefiltert und durch eine Optik 24 auf einen Sensor 25 gesendet, der Makrostruktursensor genannt wird. Das Bündel 11c wird durch einen Filter 26 gefiltert und zu einer Vorrichtung geschickt, die dazu bestimmt ist die maximale Abmessung des Lichtflecks festzustellen, z.B. ein drehbarer Analysator 27 mit mindestens einem drehbaren Schlitz. Ein Sensor 28, Mikrostruktursensor genannt, fängt die Signale auf, die vom drehbaren Analysator 27 abgegeben werden.
• Dieser drehbare Analysator kann durch alle anderen geeigneten Erfassungsvorrichtungen ersetzt werden, z.B. eine Detektormatrize, eine Detektorreihe kombiniert mit einem Bündel optischer Fasern, an dessen einem Ende die Fasern in Kronenform und an dessen anderem Ende die Fasern linear angeordnet sind. Eine andere Ausführungsform kann einen Winkelkodierer vorsehen, mit mindestens einer Serie getrennter Detektoren, die auf einer runden Linie angeordnet sind und einem Elektronikkreis zur Erfassung der Detektoren, die das stärkste Signal liefern.
• Man bemerkt, daß der Filter 23 das von den Oberflächenfasern verbreitete Licht abfängt, d.h., er nimmt das Bild des Auftreffens des einfallenden Bündels auf den kompakten Fadenkern wieder auf, während der Filter 26 den durchgehenden Grund abfängt, d.h., das direkt vom kompakten Kern des Fadens zurückgestrahlte Licht, um die Spur wiederaufzunehmen, die durch die Ablenkung der Fasern des kompakten Kerns in Zusammenwirkung mit dem einfallenden Bündel zurückgelassen wurde.
• Dadurch kann die Drehung für Fäden mit gedrehten Fasern festgestellt werden, wie in Zeichnung 1 dargestellt, mittels des Mikrostruktursensors. Die Drehung der Fäden, Zwirn genannt, die verschlungene Fäden enthält, kann durch den Makrostruktursensor bestimmt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung der Drehung eines Textilfadens (10) auf optischem Wege, indem man den Faden (10) durch ein Lichtbündel (11) beleuchtet, so daß sich ein Lichtfleck (12) bildet, der dem Licht entspricht, das von den Oberflächenfasern des kompakten Kerns des Fadens (10) abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man diesen Lichtfleck (12) untersucht um dessen Energieaufteilung zu analysieren und man den Drehwinkel (α) definiert, indem man die Richtung der maximalen Energie in dem Lichfleck (12) feststellt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Faden mittels eines einfarbigen Bündels kohärenten Lichtes beleuchtet, das wesentlich senkrecht zu der Hauptrichtung des Fadens ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung der maximalen Energie in dem Lichtfleck bestimmt, indem man die größte Abmessung dieses Fleckens feststellt, wobei der Drehungswinkel komplementär zum dem Winkel zwischen der Richtung der größten Abmessung des Lichtflecks und der Hauptrichtung des Fadens ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung feststellt, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels mindestens eines drehbaren Schlitzes.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung feststellt, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels einer Detektormatrize.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung feststellt, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels einer Detektorreihe und eines Bündels Lichtleitfasern, dessen eines Ende eine Anordnung der Fasern in Kronenform und das andere Ende eine lineare Anordnung der Fasern enthält.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Richtung feststellt, in der die Abmessung des Lichtflecks am größten ist, mittels eines Winkelkodierers.

8. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Messung der Drehung eines Textilfadens auf optischem Wege, der Mittel zur Beleuchtung des Fadens (10) durch ein Lichtbündel (11) enthält, um einen Lichtflecken (12) zu bilden, der dem Licht entspricht, das von den Oberflächenfasern des kompakten Kerns dieses Fadens abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel enthält um die Energieaufteilung dieses Lichtfleckens zu analysieren und den Drehungswinkel (α) durch Bestimmung der Richtung der maximalen Energie in dem besagten Flecken (12) zu definieren.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel enthält, um die größte Abmessung dieses Fadens festzustellen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der größten Abmessung des Lichtfleckens einen drehenden Analysator (27) enthalten, der mindestens einen drehbaren Schlitz enthält.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der größten Abmessung des Lichtfleckens eine Detektormatrize enthalten.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der größten Abmessung des Lichtfleckens eine Detektorreihe und ein Bündel Lichtleitfasern enthalten, dessen eines Ende eine Aufteilung der Fasern in Kronenform und das andere Ende eine lineare Anordnung der Fasern enthält.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der größten Abmessung des Lichtfleckens einen Winkelkodierer enthalten, mit mindestens einer Serie getrennter Detektoren, die auf einer runden Linie angeordnet sind, sowie einen elektronischen Kreislauf zur Erfassung der Detektoren, die das stärkste Signal liefern.