EP1188043A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen von fremdstoffen in einem längsbewegten faserverbund - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen von fremdstoffen in einem längsbewegten faserverbund

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Publication number
EP1188043A1
EP1188043A1 EP00925016A EP00925016A EP1188043A1 EP 1188043 A1 EP1188043 A1 EP 1188043A1 EP 00925016 A EP00925016 A EP 00925016A EP 00925016 A EP00925016 A EP 00925016A EP 1188043 A1 EP1188043 A1 EP 1188043A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fiber composite
radiation
wavelength range
wavelengths
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00925016A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Pirani
Hans Wampfler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Uster Technologies AG
Original Assignee
Zellweger Luwa AG
Uster Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zellweger Luwa AG, Uster Technologies AG filed Critical Zellweger Luwa AG
Publication of EP1188043A1 publication Critical patent/EP1188043A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8914—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined
    • G01N21/8915—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined non-woven textile material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/36—Textiles
    • G01N33/365—Filiform textiles, e.g. yarns

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting foreign substances in a longitudinally moving fiber composite.
  • Such a method and such a device is known from CH 674 379.
  • a textile fiber material for example a yarn, is illuminated with multicolored or white light and an image of the yarn is generated on two sensors, each of which is only sensitive to one color.
  • the output signals from the sensors are fed to an electronic differential circuit. Color changes caused by foreign fibers in the yarn lead to a spontaneous change in the output signal from the differential circuit if the color differs from the raw cotton.
  • a longitudinally moving textile structure is also illuminated by a polychromatic light source and the reflected light is detected simultaneously on at least two wavelengths. Wavelengths in the near infrared range are also to be recorded in order to detect foreign material whose color matches the base color of the yarn to be checked.
  • the correct detection of polypropylene is difficult in these circumstances and can lead to incorrect conclusions about the presence of it.
  • the invention as characterized in the patent claims, now solves the problem of creating a method and an apparatus which avoid these disadvantages and an improved, simplified and rapid recognition of polypropylene in fibers which are combined as yarn, fleece or flakes , for textile products.
  • the present invention it is proposed to bring two different points of view into harmony, so that the desired success is achieved.
  • radiation with at least one wavelength should be used, in which the reflection on the base materials of the fibers and on that of the foreign substances gives as different values as possible in order to enable good selection.
  • at least one wavelength of the radiation used should advantageously be chosen so that the fibers, which are to be considered here as the basic material, as a carrier or as a kind of background for the foreign substances, reflect as little or no radiation as possible. This then allows the base material to be shown against such a background that does not reflect such radiation.
  • the test material is exposed to radiation of a certain wavelength and only the foreign substance, in particular the polypropylene, appears as a light spot. It is no longer possible to differentiate between the background and the test specimen.
  • the radiation is adapted to its base material in such a way that it absorbs it and that polypropylene at least partially reflects the radiation, the background for the sensor appearing dark, like the base body of the fiber composite. This can be achieved, for example, by the background absorbing, reflecting or scattering the radiation in an absorber.
  • An optical element e.g. a dielectric filter can be used, the reflection of which has been adjusted.
  • the fiber composite is to be exposed to infrared radiation and the reflected radiation is to be measured from a limited wavelength range, values which differ significantly from a basic value indicating a foreign substance.
  • the restricted wavelength range can be generated by filtering the radiation or directly by a suitable radiation source.
  • the limited wavelength should be adapted to an absorption band of the base material, for example in the case of natural fibers, cellulose.
  • An absorption band around a wavelength of approximately 2.95 micrometers is particularly favorable because cellulose absorbs in this area. In this area, cellulose appears "black" and it is easy to adapt the background, which is necessary for the measurement to be independent of the diameter of the fiber composite.
  • Two wavelengths can also be selected, which are adapted to the basic material of the fibers and the foreign substance, that the foreign substance makes itself felt differently at both wavelengths.
  • the device according to the invention therefore has a suitable radiation source, a means for restricting the wavelength range and a detector.
  • a suitable radiation source for example, a filter that eliminates those portions of the radiation that have an undesired wavelength.
  • An imaging system may or may not be present.
  • a circuit for evaluating the signal that is output by the detector is connected to it.
  • the method according to the invention can also be designed in such a way that the reflected light is divided into at least two beams and filtered, the filtered portion is measured for each beam and the measured values are related to one another or calculated to indicate foreign matter.
  • the advantages achieved by the invention can be seen, in particular, in the fact that it produces a signal which can be clearly interpreted and which indicates with certainty whether such foreign substances are present or not.
  • the invention also allows the method to be used at different wavelengths and thus to generate two signals which indicate a foreign substance if both signals result in the same deflection or suggest the same conclusion.
  • the measurement at two wavelengths also makes it possible to recognize a foreign substance without adapting the background to the test material. If an adjustment is possible at both wavelengths, this can be an advantage. For example, a high difference in the amount of reflected radiation in the range of a single wavelength and a lesser or an opposite difference in the range of other wavelengths can be offset and used in such a way that a clear statement is also possible.
  • the device can be put together from components known per se and commercially available. Since the color or an additive to the base material is not to be recorded here, there is no false error message in the case of vegetable foreign matter or contamination if the base material to be reacted to the radiation is the same in the case of vegetables and natural fibers. With this method and the corresponding device, the Foreign substances can be detected on various types of fiber composites, namely on yarns in particular on tapes, fleeces, flakes etc.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 3 shows the reflection behavior of fibers and foreign substances
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the characteristic of a filter used in the device
  • Figure 6 shows a further embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a fiber composite 1, here formed as a yarn, and two radiation sources 2, 3, which act on the fiber composite against a background 4, but do not shine directly behind the fiber composite 1.
  • Limiting elements 5, 6 together form a pinhole 7, which allows radiation 14 reflected on the fiber composite to enter an imaging system 8.
  • This consists of two lenses 9, 10, which direct and focus the beams 14 onto a sensor 11.
  • the lenses 9, 10 generate parallel rays 15 in an intermediate space 12, so that a filter 13 can be arranged there, which works with the parallel rays 15.
  • the rays passed on by the filter 13 strike the sensor 11, which can emit a signal via a line 16 which depends on the intensity of the incident rays and is, for example, proportional to this intensity.
  • An evaluation unit 17, which has an output 18, can be connected to the sensor 11 via the line 16.
  • a sensor 11 'with an integrated filter for example directly behind the pinhole 7, and to provide no imaging system.
  • a narrow-band radiation source for example an LED, can also be used.
  • FIG. 2 again shows the elements which are already known from FIG. 1 and which are therefore provided with the same reference numerals.
  • a beam splitter 19 is inserted between the sensor 11 and the lens 9 here. This also deflects the received beams onto a sensor 21, so that an additional beam path 20 is also generated.
  • a filter 28, 29 is placed in front of both sensors 11 and 21.
  • the sensor 21 is also connected to the evaluation unit 17 via a line 22.
  • the background 4 can also be designed as an absorber or have an absorber 4.
  • 3 shows the reflection coefficient of fiber material as a function of the wavelength of the radiation which acts on it. Therefore, values for wavelengths are plotted along the horizontal axis 23 and values for the reflection coefficient are plotted along the vertical axis 24. 25 shows curves for the reflection coefficient of cotton, 26 of polypropylene and 27 of wool.
  • FIG. 4 shows a filter characteristic 30 as it is advantageous for the design of the filters 13, 28 and 29.
  • the width of this curve and thus the spectral reflection behavior of the filter must be adapted to the spectral reflection characteristics of the yarn so that on the one hand as much signal as possible gets through and on the other hand only those wavelengths are transmitted whose reflectance is suitable.
  • An optimization can be carried out mathematically after measuring the reflection as a function of the wavelength.
  • values for wavelengths are provided along a horizontal axis and 35 values for the transmission of the radiation are provided along a vertical axis.
  • FIG. 5 shows an example of values that can occur at the output 18 of the evaluation unit 17 or in lines 16, 22 at the output of a sensor. Values for the radiation intensity measured in the sensor, the radiation reflected on the fiber composite, are plotted here over a time axis. In an area 37 which corresponds to the pure fiber material, there is hardly any reflection of radiation, but in an area 38 there is so, so that the signal rises here and indicates a foreign substance which responds to the radiation.
  • FIG. 6 shows an example of an embodiment with which foreign substances can be recognized in a stream of fiber flakes.
  • a channel 46 in which flakes 47 are moved in a flow.
  • radiation sources 49, 50 are arranged which irradiate the flakes 47 through the window 48.
  • the radiation 51 reflected on the flakes 47 is fed to an imaging system 52 and from there also to a detector 53.
  • radiation sources 49, 50 for example, those for infrared radiation are indicated, which means that the window 48 should be transparent to infrared radiation.
  • the mode of operation of the invention is as follows:
  • the fiber composite 1 is moved in the device according to FIG. 1 perpendicular to the image plane in its longitudinal direction. He can also move to a small extent in a direction that lies in the image plane. It is illuminated from one side by the radiation sources 2, 3, the radiation falling onto the fiber composite 1. Reflected radiation is laterally limited by the pinhole 7 and directed onto the lenses 10, 9, which also traverses the filter 13. In this filter 13 those portions of the radiation which have undesired frequencies are filtered out and only frequency portions corresponding to the characteristic according to FIG. 4 pass through and reach the sensor 11 in bundles. The sensor 11 only gives a signal in the line 16 if Radiation has passed through the filter 13, which is only the case when radiation is reflected from the fiber composite.
  • the main axis 33 of the filter 13 is set to approximately 2.95 micrometers, then, according to the curve 25 in FIG. 3, there is an area 39 in which the fiber composite, like the cotton here, absorbs practically all radiation and thus does not emit any radiation. which gives a basic value. In this case, a measured value output by sensor 11 is at least approximately zero.
  • the background 4 is designed in such a way that it is adapted to the test material, it practically does not emit any signal during the measurement and the cotton or the pure fiber composite cannot be distinguished from the background 4. This can be achieved, for example, by the background 4 being black, i.e. Radiation absorbs or scatters or also consists of cotton or the same fiber material. At point 39 of curve 25 in FIG.
  • curve 26 deviates significantly from zero and that the foreign material, such as polypropylene, reflects radiation. It is this radiation that can pass through the bandpass filter 13 and is detected in the sensor 11. This case is represented in FIG. 5 by regions 37, 38 of a curve. As the curves 25 and 26 in FIG. 3 show, there is a positive difference between the reflection coefficients of the foreign matter and the fibers in the fiber composite 1, which is just expressed in the areas 38 in FIG. 5.
  • the reflected radiation is filtered in two different filters 28, 29 and recorded in sensors 11, 21, which happens simultaneously and thus affects the same location on the fiber composite.
  • the filter 28 could have its main axis aligned to a wavelength of approximately 2.3 micrometers and the filter 29 its main axis to approximately 1.5 micrometers.
  • the fibers 1 also reflect radiation that impinges on the sensors 11 and 21. There may also be cases in which, depending on the wavelength range, the fiber composite 1 reflects more than the foreign substance.
  • the evaluation unit 17 continuously calculates the signals recorded in the sensors 11 and 21 Values of radiation, to a final value. As long as only fiber material and no foreign matter is present, this calculation, as shown in FIG. 5, results, for example, in the difference between the values which were measured at points 40 and 41 according to the two curves 26, 26 ". This may already be the case give an output signal according to a curve 42, the section 43 of which gives a basic value, if the background is not completely adapted to the basic material at one or both wavelengths, the signal is also influenced by changes in density, changes in diameter or changes in position of the fiber composite 1.
  • the fiber composite should be detected in wavelength ranges in which the fiber composite or the foreign substance should absorb as much as possible, while the foreign substance or the fiber composite should absorb as little radiation as possible.
  • the fiber composite gives only a weak signal, but the foreign matter gives a comparatively strong signal or vice versa.
  • the advantage of this is that it is not important how much the fiber composite stands out from the background and is therefore also not a nuisance if the fiber composite changes its density or thickness.
  • micro incandescent lamps with a lead glass cover can be used as the radiation source.
  • photoconductive lead salt detectors can be used as sensors. However, they have a 1 / f noise, also called flicker noise, flicker noise or sparkling noise. Its strength is inversely proportional to the frequency. Therefore low-frequency signals have to be filtered out.
  • Another embodiment could consist of a commercially available infrared camera, for example a line array or an FPA (Focal Plane Array) with a bandpass filter in front, preferably set to 2.95 micrometers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Fremdstoffen in einem längsbewegten Faserverbund (1), der im wesentlichen aus Woll-Woder Baumwollfasern besteht. Um eine verbesserte, vereinfachte und rasche Erkennnung von Polypropylen in Fasern für textile Produkte zu ermöglichen, wird der Faserverbund mit infrarotem Licht (2, 3) in einem bestimmten Wellenlängenbereich beleuchtet, das reflektierte Licht gefiltert (13) und der gefilterte Anteil des Lichtes gemessen (11), wobei von einem Grundwert wesentlich abwichende Werte einen Fremdstoff anzeigen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERKENNEN VON FREMDSTOFFEN IN EINEM LÄNGSBEWEGTEN FASERVERBUND
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Fremdstoffen in einem längsbewegten Faserverbund.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung ist aus der CH 674 379 bekannt. Dabei wird ein textiies Fasermaterial, beispielsweise ein Garn mit mehrfarbigem, bzw. weissem Licht beleuchtet und eine Abbildung des Garns auf zwei Sensoren erzeugt, die jeweils nur für eine Farbe empfindlich sind. Die Ausgangssignale der Sensoren werden auf eine elektronische Differenzschaltung geführt. Farbänderungen die durch Fremdfasern im Garn bewirkt sind, führen zu einer spontanen Änderung des Ausgangssignals aus der Differenzschaltung, sofern die Farbe von der Rohbaumwolle abweicht.
Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung sind aus der EP 0 652 432 bekannt. Hier wird ein längsbewegtes textiies Gebilde ebenfalls durch eine polychromatische Lichtquelle beleuchtet und das reflektierte Licht auf wenigstens zwei Wellenlängen gleichzeitig erfasst. Dabei sollen auch Wellenlängen erfasst werden, die im nahen Infrarot-Bereich liegen, um damit Fremdmaterial zu erfassen, dessen Farbe mit der Basisfarbe des zu überprüfenden Garns übereinstimmt.
Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist darin zu sehen, dass im Spektralbereich von sichtbarem Licht, keine sichere Unterscheidung von Fremdstoffen wie z.B. Polypropylen möglich ist. Da aber Polypropylen als Verpackungsmaterial für Baumwollballen sehr verbreitet ist, und das Entfernen der Hüllen für die Ballen nicht immer mit der notwendigen Sorgfalt geschieht, muss man damit rechnen, dass Teile der Hüllen aus Polypropylen sich unter die Baumwolle mischen und jederzeit im Verarbeitungsprozess der Baumwolle auftreten und das Produkt beeinträchtigen können. Zwar sind aus der Kunststoffindustrie Verfahren bekannt, die auf der starken Absorption der C-H Bindung der Kunststoffe beruhen. Der naheliegende Ansatz, die Erkennung von Polypropylen in Baumwolle durchzuführen, indem Polypropylen in Baumwolle durch Absorption der Strahlung bei 3,43 Mikrometern nachgewiesen wird, ist nicht sehr aufschlussreich, da Polypropylen und Baumwolle beide als dunkle Flächen in Erscheinung treten. Die einwandfreie Erkennung von Polypropylen ist unter diesen Umständen schwierig und kann zu falschen Schlüssen über die Anwesenheit davon führen. Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst nun die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die diese Nachteile vermeiden und eine verbesserte, vereinfachte und rasche Erkennnung von Polypropylen in Fasern, die als Garn, Vlies oder Flocken vereinigt sind, für textile Produkte ermöglicht.
Dies wird dadurch erreicht, dass die unterschiedlich starke Reflexion von Fasern aus Baumwolle, Wolle usw. und von Fremdstoffen wie z.B. Polypropylen gezielt ausgenützt wird. Dabei stützen wir uns auf die Reflexion von Strahlen an den eigentlichen Grundmaterialien, aus denen der Faserverbund einerseits und die Fremdstoffe andererseits bestehen. Dies im Gegensatz zu bekannten Verfahren, die eine Erkennung aufgrund von Eigenschaften von Zusatzstoffen, wie beispielsweise Farben, durchführen. Farben absorbieren und reflektieren in anderen Wellenlängenbereichen als eben die Grundmaterialien, wie beispielsweise Cellulose oder Chemiefasern, wie z.B. Nylon als Grundmaterial für die Fasern des Faserverbundes. Die Erfindung nützt die Tatsache aus, dass die Reflexion von Infrarotstrahlung durch die Fasern und durch die Fremdstoffe sich in gewissen Wellenlängenbereichen stärker unterscheidet als in anderen Wellenlängenbereichen. Allerdings gelingt dies je nach Ansatz mit gutem oder schlechtem Erfolg. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zwei verschiedene Gesichtspunkte in Einklang zu bringen, so dass sich der gesuchte Erfolg einstellt. Erstens soll Strahlung mit mindestens einer Wellenlänge verwendet werden, bei der die Reflexion an den Grundmaterialien der Fasern und an dem der Fremdstoffe möglichst unterschiedliche Werte ergibt, um eine gute Selektion zu ermöglichen. Zweitens soll mindestens eine Wellenlänge der verwendeten Strahlung vorteilhafterweise so gewählt werden, dass die Fasern, welche hier als Grundstoff, als Träger oder als eine Art Hintergrund für die Fremdstoffe gelten sollen, möglichst wenig oder gar keine Strahlung reflektieren. Dies erlaubt es dann, den Grundstoff vor einem solchen Hintergrund zu zeigen, der keine solche Strahlung reflektiert. Mit diesem Vorgehen erhält man ein Verfahren, bei dem das Prüfgut mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge beaufschlagt wird und dabei nur der Fremdstoff, hier insbesondere das Polypropylen als heller Fleck aufscheint. Dabei kann man zwischen dem Hintergrund und dem Prüfkörper nicht mehr unterscheiden. Das bedeutet, dass die Strahlung derart an dessen Grundmaterial angepasst wird, dass er diese absorbiert und dass Polypropylen die Strahlung mindestens teilweise reflektiert, wobei der Hintergrund für den Sensor gleich wie der Grundkörper des Faserverbundes dunkel erscheint. Dies kann erreicht werden, indem beispielsweise der Hintergrund die Strahlung in einem Absorber absorbiert, reflektiert oder streut. Es kann als Hintergrund auch ein optisches Element, z.B. ein dielektrisches Filter verwendet werden, dessen Reflexion angepasst wurde.
Kurz gesagt soll der Faserverbund mit infraroter Strahlung beaufschlagt und die reflektierte Strahlung aus einem beschränkten Wellenlängenbereich gemessen werden, wobei von einem Grundwert wesentlich abweichende Werte einen Fremdstoff anzeigen. Der beschränkte Wellenlängenbereich kann durch Filterung der Strahlung oder direkt durch eine geeignete Strahlungsquelle erzeugt werden. Die beschränkte Wellenlänge soll einem Absorptionsband des Grundmaterials, beispielsweise bei natürlichen Fasern, der Cellulose, angepasst sein. Ein Absorptionsband um eine Wellenlänge von etwa 2.95 Mikrometern ist besonders günstig, weil in diesem Bereiche Cellulose absorbiert. In diesem Bereiche wirkt Cellulose „schwarz" und eine Anpassung des Hintergrundes ist einfach machbar, was für die Unabhängigkeit der Messung vom Durchmesser des Faserverbundes notwendig ist. Es können auch zwei Wellenlängen ausgewählt werden, die dem Grundmaterial der Fasern und des Fremdstoffes so angepasst sind, dass der Fremdstoff sich bei beiden Wellenlängen unterschiedlich bemerkbar macht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist deshalb eine geeignete Strahlungsquelle, ein Mittel zur Beschränkung des Wellenlängenbereiches und einen Detektor auf. Ein solches Mittel ist beispielsweise ein Filter, das diejenigen Anteile der Strahlung ausscheidet, die eine unerwünschte Wellenlänge aufweisen. Ein Abbildungssystem kann, muss aber nicht zwingend vorhanden sein. Eine Schaltung zur Auswertung des Signales, das vom Detektor ausgegeben wird, ist an diesen angeschlossen.
In einer besonderen Ausbildung kann das erfindungsgemässe Verfahren auch so gestaltet sein, dass das reflektierte Licht in mindestens zwei Strahlen aufgeteilt und gefiltert wird, der gefilterte Anteil für jeden Strahl gemessen wird und die Messwerte zueinander in Beziehung gesetzt oder verrechnet werden um Fremdstoff anzuzeigen.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass damit ein eindeutig zu deutendes Signal entsteht, das mit Sicherheit angibt, ob solche Fremdstoffe vorhanden sind oder nicht. Die Erfindung erlaubt es ebenfalls, das Verfahren bei verschiedenen Wellenlängen anzuwenden und so zwei Signale zu erzeugen, die dann einen Fremdstoff anzeigen, wenn beide Signale den gleichen Ausschlag ergeben oder den gleichen Schluss nahelegen. Die Messung bei zwei Wellenlängen ermöglicht es auch, ohne Anpassung des Hintergrundes an das Prüfgut, einen Fremdstoff zu erkennen. Wenn eine Anpassung bei beiden Wellenlängen möglich ist, so kann dies ein Vorteil sein. So kann man beispielsweise eine hohe Differenz der Menge der reflektierten Strahlung im Bereiche einer einzigen Wellenlänge und eine geringere oder eine gegensinnige Differenz im Bereiche anderer Wellenlängen verrechnen und so ausnützen, dass ebenfalls eine eindeutige Aussage möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Vorrichtung aus an sich bekannten und im Handel erhältlichen Bauelementen zusammengestellt werden kann. Da hier nicht die Farbe oder ein Zusatz zu dem Grundstoff erfasst werden soll, entsteht bei vegetabilen Fremdstoffen oder Verunreinigungen keine falsche Fehlermeldung, wenn bei Vegetabilien und natürlichen Fasern der Grundstoff, der auf die Strahlung reagieren soll, derselbe ist. Mit diesem Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung können die Fremdstoffe an verschiedenartigen Faserverbunden erkannt werden, nämlich ausser an Garnen insbesondere an Bändern, Vliesen, Flocken usw.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Figur 3 eine Darstellung des Reflexionsverhalteπs von Fasern und Fremdstoffen,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Charakteristik eines in der Vorrichtung verwendeten Filters,
Figur 5 einen Verlauf eines Ausgangssignales und
Figur 6 eine weitere Ausführung einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen Faserverbund 1, hier als Garn ausgebildet, sowie zwei Strahlungsquellen 2, 3, die den Faserverbund gegen einen Hintergrund 4 beaufschlagen, diesen aber unmittelbar hinter dem Faserverbund 1 nicht direkt anstrahlen. Begrenzungselemente 5, 6 bilden zusammen eine Lochblende 7, die am Faserverbund reflektierte Strahlung 14 in ein Abbildungssystem 8 treten lässt. Dieses besteht aus zwei Linsen 9, 10, welche die Strahlen 14 auf einen Sensor 11 richten und bündeln. Die Linsen 9, 10 erzeugen in einem Zwischenraum 12 parallel verlaufende Strahlen 15, so dass dort ein Filter 13 angeordnet werden kann, das mit den parallelen Strahlen 15 arbeitet. Die vom Filter 13 weitergeleiteten Strahlen treffen auf den Sensor 11 , der über eine Leitung 16 ein Signal abgeben kann, das von der Intensität der auftreffenden Strahlen abhängt und beispielsweise proportional zu dieser Intensität ist. Über die Leitung 16 kann eine Auswerteeinheit 17 an den Sensor 11 angeschlossen sein, die einen Ausgang 18 aufweist. Es ist aber auch möglich, einen Sensor 11' mit integriertem Filter beispielsweise direkt hinter der Lochblende 7 anzuordnen und kein Abbildungssystem vorzusehen. Oder man kann auch einen Sensor 11 , 11' ohne integrierendes Filter ausbilden und das Filter direkt nach der Strahlungsquelle anordnen. Es kann aber auch eine schmalbandige Strahlungsquelle z.B. eine LED verwendet werden. Fig. 2 zeigt nochmals die Elemente, die bereits aus der Fig. 1 bekannt sind, und die deshalb mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Allerdings ist hier ein Strahlenteiler 19 zwischen dem Sensor 11 und der Linse 9 eingesetzt. Dieser lenkt die empfangenen Strahlen zusätzlich auf einen Sensor 21 um, so dass auch ein zusätzlicher Strahlengang 20 erzeugt wird. Beiden Sensoren 11 und 21 ist je ein Filter 28, 29 vorgesetzt. Der Sensor 21 ist ebenfalls über eine Leitung 22 mit der Auswerteeinheit 17 verbunden. Der Hintergrund 4 kann auch als Absorber ausgebildet sein, oder einen Absorber 4 aufweisen.
Fig. 3 zeigt den Reflexionskoeffizienten von Fasermaterial in Funktion der Wellenlänge der beaufschlagenden Strahlung. Deshalb sind längs der horizontalen Achse 23 Werte für Wellenlängen und längs der vertikalen Achse 24 Werte für den Reflexionskoeffizienten aufgetragen. Mit 25 sind Kurven für den Reflexionskoeffizienten von Baumwolle, mit 26 von Polypropylen und mit 27 von Wolle aufgetragen.
Fig. 4 zeigt eine Filtercharakteristik 30, wie sie für die Auslegung der Filter 13, 28 und 29 vorteilhaft ist. Die Breite dieser Kurve und somit des spektralen Reflexionsverhaltens des Filters ist so an die spektrale Reflexionscharakteristik des Garns anzupassen, dass einerseits möglichst viel Signal durchkommt und andererseits nur jene Wellenlängen durchgelassen werden, deren Reflexionsgrad passend ist. Eine Optimierung kann rechnerisch nach Messung der Reflexion als Funktion der Wellenlänge durchgeführt werden. Somit sind hier längs einer horizontalen Achse 34 Werte für Wellenlängen und längs einer vertikalen Achse 35 Werte für die Transmission der Strahlung vorgesehen.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für Werte, die am Ausgang 18 der Auswerteeinheit 17 oder in Leitungen 16, 22 am Ausgang eines Sensors auftreten können. Hier sind über einer Zeitachse Werte für die im Sensor gemessene Strahlungsintensität, der am Faserverbund reflektierten Strahlung, aufgetragen. In einem Bereiche 37, der dem reinen Fasergut entspricht, ist kaum Reflexion von Strahlung vorhanden, in einem Bereiche 38 dagegen schon, so dass hier das Signal ansteigt und einen Fremdstoff anzeigt, der auf die Strahlung anspricht.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Ausführung mit der Fremdstoffe in einem Strom aus Faserflocken erkannt werden können. Dazu ist ein Kanal 46 vorhanden, in dem Flocken 47 in einer Strömung bewegt werden. Neben einem Fenster 48 im Kanal 46 sind Strahlungsquellen 49, 50 angeordnet, die die Flocken 47 durch das Fenster 48 bestrahlen. Die an den Flocken 47 reflektierte Strahlung 51 wird einem Abbildungssystem 52 und von dort auch einem Detektor 53 zugeführt. Als Strahlungsquellen 49, 50 sind beispielsweise solche für infrarote Strahlung angezeigt, was bedeutet, dass das Fenster 48 für infrarote Strahlung durchlässig sein soll. Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt:
Der Faserverbund 1 wird in der Vorrichtung gemäss Fig. 1 senkrecht zur Bildebene in seiner Längsrichtung bewegt. Dabei kann er sich zusätzlich in geringem Masse auch in einer Richtung bewegen, die in der Bildebene liegt. Dabei wird er von einer Seite durch die Strahlungsquellen 2, 3 angestrahlt wobei die Strahlung auf den Faserverbund 1 fällt. Reflektierte Strahlung wird duch die Lochblende 7 seitlich begrenzt und auf die Linsen 10, 9 geleitet, wobei sie auch das Filter 13 durchquert. In diesem Filter 13 werden diejenigen Anteile der Strahlung, die unerwünschte Frequenzen aufweisen, ausgefiltert und es treten nur Frequenzanteile entsprechend der Charakteristik gemäss Fig. 4 durch und erreichen gebündelt den Sensor 11. Der Sensor 11 ergibt in der Leitung 16 nur dann ein Signal, wenn Strahlung das Filter 13 durchquert hat, was nur dann der Fall ist, wenn eben Strahlung am Faserverbund reflektiert wird. Ist die Hauptachse 33 des Filters 13 auf etwa 2.95 Mikrometer eingestellt, dann befindet man sich gemäss der Kurve 25 in Fig. 3 in einem Bereiche 39, in dem der Faserverbund, wie hier die Baumwolle, praktisch alle Strahlung absorbiert und somit keine Strahlung abstrahlt, was einen Grundwert ergibt. Ein vom Sensor 11 abgegebener Messwert ist in diesem Falle mindestens näherungsweise Null. Ist der Hintergrund 4 so beschaffen, dass er an das Prüfgut angepasst ist, so gibt er bei der Messung praktisch auch kein Signal ab und die Baumwolle oder der reine Faserverbund ist vom Hintergrund 4 nicht zu unterscheiden. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Hintergrund 4 schwarz ist, d.h. Strahlung absorbiert oder streut oder ebenfalls aus Baumwolle oder eben dem gleichen Fasermaterial besteht. An der Stelle 39 der Kurve 25 in Fig. 3 erkennt man auch, dass die Kurve 26 erheblich von Null abweicht und dass somit das Fremdmaterial, wie hier das Polypropylen, Strahlung reflektiert. So ist es diese Strahlung, die das Bandpassfilter 13 durchqueren kann und im Sensor 11 detektiert wird. In Fig. 5 ist dieser Fall durch Bereiche 37, 38 einer Kurve dargestellt. Wie die Kurven 25 und 26 in Fig. 3 zeigen, ergibt sich eine positive Differenz der Reflexionskoeffizienten des Fremdstoffes und der Fasern im Faserverbund 1, was sich eben im Bereiche 38 in Fig. 5 äussert.
Verwendet man die Auführung gemäss Fig. 2, wird die reflektierte Strahlung in zwei verschiednen Filtern 28, 29 gefiltert und in Sensoren 11, 21 erfasst, was gleichzeitig geschieht und somit die gleiche Stelle am Faserverbund betrifft. Mit dieser Vorrichtung könnte beispielsweise das Filter 28 seine Hauptachse auf eine Wellenlänge von etwa 2,3 Mikrometern und das Filter 29 seine Hauptachse auf etwa 1,5 Mikrometer ausgerichtet haben. So arbeitet man gemäss Fig. 3 nun an Stellen 40 und 41. An beiden Stellen 40 und 41 erkennt man erhebliche Unterschiede zwischen den Reflexionskoeffizienten des Faserverbundes und des Fremdstoffes. Allerdings reflektieren auch die Fasern 1 Strahlung, die auf die Sensoren 11 und 21 auftrifft. Es kann auch Fälle geben, bei denen je nach Wellenlängenbereich der Faserverbund 1 mehr reflektiert als der Fremdstoff. Die Auswerteeinheit 17 verrechnet laufend die Signale, der in den Sensoren 11 und 21 erfassten Werte der Strahlung, zu einem Endwert. Solange nur Fasermaterial und kein Fremdstoff vorhanden ist, ergibt sich aus dieser Verrechnung, wie in Fig. 5 gezeigt, beispielsweise die Differenz zwischen den Werten, die an den Stellen 40 und 41 gemäss den beiden Kurven 26, 26" gemessen wurden. Das kann bereits ein Ausgangssignal gemäss einer Kurve 42 ergeben, deren Abschnitt 43 einen Grundwert angibt. Bei nicht vollständiger Anpassung des Hintergrundes an das Grundmaterial bei einer oder beiden Wellenlängen, wird das Signal auch durch Dichteänderungen, Durchmesseränderungen oder auch Lageänderungen des Faserverbundes 1 beeinflusst. Durch Verrechnung der beiden Signale aus den Sensoren 11 und 21 können die Einflüsse der Dichteänderungen, Durchmeseränderungen oder auch Lageänderungen des Faserverbundes 1 von einem echten Fremdstoff-Signal unterschieden werden. Man kann dieses Verfahren beispielsweise bei Wellenlängen wie 2,95 und 2,35, 1,5 und 1,7 , 1,5 und 1 ,2 Mikrometer oder bei anderen Kombinationen dieser Werte ausüben.
Bei Verwendung zweier Wellenlängen bei denen der Sensor ein Reflexionssignal vom Prüfgut, z.B. der Baumwolle oder Wolle empfängt und diese somit erkennt, kann entweder eine Anpassung der Reflexionseigenschaften des Hintergrundes an diejenigen der Baumwolle oder Wolle bei beiden Wellenlängen gemacht werden. Dann erhält man zwei Signale, die durchmesserunabhängig sind und beide je für sich auf Polypropylen hinweisen. Die Auswertung beider Signale gibt mehr Sicherheit. Wenn hingegen bei beiden Wellenlängen keine optimale Anpassung an den Hintergrund besteht, dann kann durch Auswertung der Signale der Durchmesser theoretisch exakt kompensiert werden. Es genügt aber, dass durch die „Kontrastumkehr" (einmal ist Baumwolle heller als Polypropylen, einmal umgekehrt) die Signale bei Vorhandensein von Polypopylen in verschiedene Richtungen gehen, währenddem sie bei Dickenschwankungen des Garns in die gleiche Richtung gehen. Der Durchmesser wird also nicht vollständig und exakt kompensiert, sondern es wird im Wesentlichen das Vorzeichen der Signale verwendet, um Durchmesserschwankungen und Fremdstoffe zu unterscheiden.
Diesen Verfahren liegt der Grundsatz zugrunde, dass der Faserverbund in Wellenlängenbereichen erfasst werden soll, in denen der Faserverbund oder der Fremdstoff möglichst viel, der Fremdstoff oder der Faserverbund dagegen möglichst wenig Strahlung absorbieren soll. So ergibt der Faserverbund in einem Falle nur ein schwaches Signal, der Fremdstoff aber ein vergleichsweise starkes Signal oder umgekehrt. Dies bietet den Vorteil, dass es nicht wesentlich ist, wie stark sich der Faserverbund vom Hintergrund abhebt und damit auch nicht störend ist, wenn der Faserverbund seine Dichte oder Dicke ändert.
Als Strahlungsquelle können beispielsweise sogenannte Mikroglühlampen verwendet werden, die eine Bleiglasabdeckung haben. Dies garantiert, dass die abgestrahlte Strahlung genügend Infrarot-Anteil enthält. Als Sensoren kommen beispielsweise photokonduktive Bleisalzdetektoren in Frage. Sie weisen aber ein 1/f-Rauschen auf, auch Flickerrauschen, Flackerrauschen oder Funkelrauschen genannt. Dessen Stärke ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Deshalb müssen niederfrequente Signale ausgefiltert werden. Eine andere Ausführung könnte aus einer handelsüblichen Infrarotkamera, beispielsweise einem Zeilenarray oder einem FPA (Focal Plane Array) mit einem vorgesetzten Bandpassfilter, vorzugsweise auf 2.95 Mikrometer eingestellt, bestehen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Erkennen von Fremdstoffen in einem längsbewegten Faserverbund (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund (1) mit infraroter Strahlung beaufschlagt und die reflektierte Strahlung (14) aus einem beschränkten Wellenlängenbereich gemessen wird, wobei von einem Grundwert (43) wesentlich abweichende Werte einen Fremdstoff anzeigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Beschränkung des Wellenlängenbereiches durch Filterung ein Wellenlängeπband erzeugt wird, das den Absorptionsbanden des Grundmaterials des Faserverbundes angepasst ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte Strahlung in mindestens zwei Strahlen (14, 20) aufgeteilt und gefiltert wird, der gefilterte Anteil für jeden Strahl gemessen wird und die Messwerte zueinander in Beziehung gesetzt werden, um Fremdstoff anzuzeigen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Strahl Anteile, die eine bestimmte Wellenlänge wesentlich übersteigen und unterschreiten herausgefiltert werden.
5. Vorrichtung zur Duchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (2, 3), ein Mittel zur Beschränkung des Wellenlängenbereiches (13) und einen Sensor (11).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Abbildungssystem (8) welches einen Bereich um den zu vermessenden Faserverbund auf den Sensor (11) abbildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlenteiler (19), mindestens ein weiteres Bandpassfilter (29) und ein weiterer Sensor (21) vorgesehen ist, der mit einer Auswerteeinheit (18) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Faserverbund ein Hintergrund (4) vorgesehen ist, der in etwa gleichem Masse die ausgesendete Strahlung absorbiert wie der von Fremdstoffen befreite Faserverbund.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Hintergrund (4) ein optisches Element mit angepasster Reflexion bei beiden Wellenlängen verwendet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Strahl nach Wellenlängen untersucht wird, die dem Grundmaterial des Faserverbundes und der andere Strahl nach Wellenlängen untersucht wird, die dem Grundmaterial des Fremdstoffes angepasst sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterung der reflektierten Strahlung in einem Wellenlängenbereich durchgeführt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung aus einem beschränkten Wellenlängenbereich auf den Faserverbund (1) geleitet wird.
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