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Patent Searching and Data


Title:
APPARATUS FOR OPTOELECTRONIC DETERMINATION OF FEATURES OF A YARN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/153648
Kind Code:
A1
Abstract:
The apparatus (1) for optoelectronic determination of features of a yarn (9) contains an optoelectronic yarn sensor device (3) with an optical axis (30). The optical axis (30) is situated at a distance from the longitudinal axis (90) of the yarn (9). The distance (a) between the optical axis and the longitudinal axis is for example 2-6 mm. The apparatus (1) permits even long yarn hairs (92) to be captured with high resolution.

Inventors:
KIRSTEIN, Kay-Uwe (Römerfeldstrasse 1, Wetzikon, CH-8623, CH)
PIRANI, Peter (Rebrainstrasse 14a, Grüt, CH-8624, CH)
Application Number:
CH2011/000130
Publication Date:
December 15, 2011
Filing Date:
June 01, 2011
Export Citation:
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Assignee:
USTER TECHNOLOGIES AG (Sonnenbergstrasse 10, Uster, CH-8610, CH)
KIRSTEIN, Kay-Uwe (Römerfeldstrasse 1, Wetzikon, CH-8623, CH)
PIRANI, Peter (Rebrainstrasse 14a, Grüt, CH-8624, CH)
International Classes:
G01N21/89; D01H13/26; G01N33/36
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Claims:
Vorrichtung (1) zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns (9), beinhaltend

eine optoelektronische Gamsensoreinrichtung (3) mit einer optischen Achse (30), dadurch gekennzeichnet,

dass die optische Achse (30) von einer Längsachse (90) des Garns (9) beabstandet ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Abstand (a) zwischen der optischen Achse (30) und der Längsachse (90) 2-6 mm und vorzugsweise 4 mm beträgt.

Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

optoelektronische Sensoreinrichtung (3) eine Lichtquelle (31), eine

Beleuchtungsoptik (32), eine Abbildungsoptik (33) und einen Bildsensor (34) beinhaltet, welche gemeinsam die optische Achse (30) definieren, und die Abbildung in Transmission erfolgt.

Vorrichtung (1), vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns (9), beinhaltend eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung (3) mit einer Lichtquelle (31), einer Beleuchtungsoptik (32), einer Abbildungsoptik (33) und einem Bildsensor (34), dadurch gekennzeichnet,

dass die Abbildungsoptik (33) als Polyfokaloptik ausgebildet ist, welche mindestens zwei verschiedene Objektebenen (38, 39) auf den Bildsensor (34) abbildet.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der Bildsensor (34) ein zweidimensionaler Bildsensor mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Bildelementen ist. Vorrichtung (1), vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns (9), beinhaltend eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung (3) mit einer Lichtquelle (31), einer Beleuchtungsoptik (32), einer Abbildungsoptik (33) und einem Bildsensor (34), dadurch gekennzeichnet,

dass die Abbildungsoptik (33) nichtlinear ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die nichtlineare Abbildungsoptik (33) so gestaltet ist, dass sie einen örtlich nicht konstanten, sich von einer optischen Achse (30) nach aussen verkleinernden Abbildungsmassstab aufweist.

Vorrichtung (1), vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns (9), beinhaltend eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung (3) mit einem Messspalt (81) zur Aufnahme des Garns (9),

dadurch gekennzeichnet,

dass die optoelektronische Garnsensoreinrichtung (3) mittels zweier planer Abdeckplatten (82, 83), die Messlicht von der Garnsensoreinrichtung (3) zum Messspalt (81) bzw. vom Messspalt (81) zur Garnsensoreinrichtung (3) durchlassen und nicht parallel zueinander positioniert sind, gegen den Messspalt (81) hin abgegrenzt ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Abdeckplatten (82, 83) Teil einer Sensorabdeckung (16) sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die optoelektronische

Sensoreinrichtung (3) eine Lichtquelle (31), eine Beleuchtungsoptik (32), eine Abbildungsoptik (33) und einen Bildsensor (34) beinhaltet, eine erste Abdeckplatte (82) die Lichtquelle (31) sowie die Beleuchtungsoptik (32) und eine zweite Abdeckplatte (83) die Abbildungsoptik (33) sowie den Bildsensor (34) gegen den Messspalt (81) hin abgrenzen. Vorrichtung (1), vorzugsweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns (9), beinhaltend eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung (3) mit einem optoelektronischen Bildsensor (34), der eine Vielzahl von Bildelementen aufweist, und

eine Steuereinrichtung (2) zur Steuerung der Vorrichtung (1),

dadurch gekennzeichnet,

dass der Bildsensor (34) in der Steuereinrichtung (2) integriert ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung (2) einen Prozessor (21) beinhaltet und der Prozessor (21) sowie der Bildsensor (34) auf ein und derselben Leiterplatte (22) aufgebracht sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuereinrichtung (2) sternförmig mit mehreren anderen Bauteilen und/oder Geräten (31, 4-7) verbunden ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die anderen Bauteile und/oder Geräte (31, 4-7) aus der Menge ausgewählt sind, welche die folgenden Elemente umfasst: eine Lichtquelle (31) zur Beleuchtung des Garns (9), eine Fördereinrichtung (4) für das Garn (9), eine Benutzerschnittstelle (5), die vorzugsweise eine Eingabeeinrichtung (51) und/oder eine Ausgabeeinrichtung (52) enthält, einen Rechner (6) und ein Computernetzwerk (7).

Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11-14, wobei der Bildsensor (34) ein zweidimensionaler Bildsensor ist und die Bildelemente matrixförmig angeordnet sind.

Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche Bestimmung der Haarigkeit des Garns (9).

Description:
VORRICHTUNG ZUR OPTOELEKTRONISCHEN BESTIMMUNG VON

MERKMALEN EINES GARNS

FACHGEBIET

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Qualitätskontrolle im Textillabor. Sie betrifft eine optoelektronischen Vorrichtung zur Bestimmung von Merkmalen,

insbesondere der Haarigkeit, eines Garns, gemäss dem Oberbegriff des ersten

Patentanspruchs. Derartige Vorrichtungen kommen typischerweise in einem Textillabor zum Einsatz.

STAND DER TECHNIK

Bei Stapelgarnen, die aus vielen Fasern gesponnen sind, sind einzelne Fasern nicht vollständig in den eigentlichen Garnkörper eingebunden. Sie ragen teilweise aus dem Garnkörper heraus, was man als Haarigkeit des Garns bezeichnet. Die Haarigkeit ist eine wichtige Garneigenschaft, weshalb die Textilindustrie ein grosses Interesse an ihrer zuverlässigen und reproduzierbaren Messung und Klassierung hat.

Viele bekannte Vorrichtungen zur Bestimmung der Haarigkeit von Garnen verwenden eine eindimensionale Sensorzeile, die quer zur Längsrichtung des Garns angeordnet ist. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist das Gerät USTER ® ZWEIGLE HAIRINESS TESTER 5 der Anmelderin, das z. B. in„USTER ® ZWEIGLE HAIRINESS TESTER 5

Application Handbook", V1.0, September 2009, beschrieben ist. Das Garn wird mit einem Laserstrahl beleuchtet, der gegen die Sensorzeile gerichtet ist. Die aus dem Garn ragenden Fasern schatten das Licht teilweise ab, so dass die betreffenden Sensorelemente der Sensorzeile entsprechend weniger Licht detektieren. Die Projektionen der Faserschatten auf der Sensorzeile werden in neun Längenintervalle klassiert, wobei die Oberfläche des Garnkörpers den Nullpunkt definiert. Weitere Anordnungen mit linearen Sensorzeilen sind in den Veröffentlichungen US-4,948,260 A, US-5,875,419 A und EP- 1 '621*872 A2 beschrieben, wobei abbildende oder nicht-abbildende Verfahren zum Einsatz kommen können.

Gemäss der DE-198'18'069 AI wird eine Digitalkamera mit einem zweidimensionalen Sensorchip zum Bestimmen der Haarigkeit von Garnen verwendet. Mit der Kamera wird ein Bild eines Garnstückes erstellt, digitalisiert und anschliessend analysiert. Dabei werden die Bildinformationen aufgeteilt in Informationen, die den Garnkörper selbst repräsentieren und solche, die die vom Garnkörper abstehenden Fasern repräsentieren. Dadurch wird erreicht, dass bei der Bestimmung der Haarigkeit die Dicke und Dickenschwankungen des Garns keinen Einfluss haben. Das Garn wird mit gleichmässig hellem, diffusem Gegenlicht beleuchtet. Die Kamera steht über eine Datenleitung mit einer Auswerteeinrichtung in Verbindung. Die Auswerteeinrichtung beinhaltet einen Computer zur Verarbeitung der Bilddaten, eine Steuervorrichtung zum Steuern des Garnabzugs und eine Ausgabeeinheit für die ausgewerteten Daten.

Die EP-0'271 '728 A2 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von Garneigenschaften, nebst anderen der Haarigkeit. Mit einer Kamera werden nacheinander zweidimensionale Bilder des laufenden Garns aufgenommen, gegebenenfalls digitalisiert und gespeichert. Eine Recheneinheit ermittelt Werte der zu erfassenden Eigenschaft aus den gespeicherten digitalen Bildsignalen. Durch Vergleich der aus mehreren nacheinander aufgenommenen Bildern erhaltenen Messwerte können Änderungen der Eigenschaft festgestellt werden.

Auch weitere Veröffentlichungen schlagen die Verwendung einer Kamera für die

Bestimmung der Haarigkeit von Garnen vor, z. B. die DE-199'18'780 AI, die

DE-199'24'840 AI, die US-5,654,554 A und die EP-0754'943 A2, wobei gemäss der letzteren das Muster einer optischen Fouriertransformation aufgenommen wird.

Die ΕΡ- 319'926 A2 offenbart eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Eigenschaften eines bewegten Garns. Zu diesem Zweck ist in der Vorrichtung ein optischer Zeilensensor eingebaut. Der Zeilensensor ist in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (englisch application-specific integrated circuit, ASIC) integriert, zusammen mit zumindest einem Teil der elektronischen Schaltkreise, die für die

Verarbeitung und/oder Auswertung des Zeilensensorsignals benötigt werden.

Auch die WO-99/36746 AI offenbart eine Vorrichtung zur optischen Dickenbestimmung eines Garns. Das Garn wird von einer Seite beleuchtet und wirft einen Schatten auf einen Charge-coupled-device-Sensor (CCD). Eine Auswertevorrichtung wertet das CCD- Ausgangssignal aus. Sie kann zusammen mit dem CCD-Sensor integriert sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannten Vorrichtungen zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns weiter zu verbessern. Diese und andere Aufgaben werden durch die erfindungsgemässe Vorrichtung, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert ist, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

In einer ersten Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns eine optoelektronische Gamsensoreinrichtung mit einer optischen Achse. Die optische Achse ist von einer

Längsachse des Garns beabstandet. Der Abstand zwischen der optischen Achse und der Längsachse beträgt z. B. 2-6 mm und vorzugsweise 4 mm. In einer bevorzugten

Ausführung beinhaltet die optoelektronische Sensoreinrichtung eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, eine Abbildungsoptik und einen Bildsensor, welche gemeinsam die optische Achse definieren, und die Abbildung erfolgt in Transmission. Diese erste Ausführungsform ermöglicht eine Erfassung auch von langen Garnhaaren mit hoher Auflösung.

In einer zweiten Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung mit einer Lichtquelle, einer Beleuchtungsoptik, einer

Abbildungsoptik und einem Bildsensor. Die Abbildungsoptik ist als Polyfokaloptik ausgebildet, welche mindestens zwei verschiedene Objektebenen auf den Bildsensor abbildet. Der Bildsensor kann ein zweidimensionaler Bildsensor mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Bildelementen sein. Dank dieser zweiten Ausführungsform wird bei der Abbildung des Garns eine grössere Tiefenschärfe erreicht. In einer dritten Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung mit einer Lichtquelle, einer Beleuchtungsoptik, einer

Abbildungsoptik und einem Bildsensor. Die Abbildungsoptik ist nichtlinear. Die nichtlineare Abbildungsoptik ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie einen örtlich nicht konstanten, sich von einer optischen Achse nach aussen verkleinernden

Abbildungsmassstab aufweist. Die durch die nichtlineare Abbildungsoptik eingeführte Verzerrung kann bei der Bildverarbeitung rechnerisch kompensiert werden. So können auch sehr lange Garnhaare erfasst werden, ohne die Auflösung für die kürzeren Garnhaare übermässig zu vermindern.

In einer vierten Ausführungsform beinhaltet die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns eine optoelektronische Gamsensoreinrichtung mit einem Messspalt zur Aufnahme des Garns. Die

optoelektronische Gamsensoreinrichtung ist mittels zweier planer Abdeckplatten, die Messlicht von der Gamsensoreinrichtung zum Messspalt bzw. vom Messspalt zur

Gamsensoreinrichtung durchlassen und nicht parallel zueinander positioniert sind, gegen den Messspalt hin abgegrenzt. Die Abdeckplatten können Teil einer Sensorabdeckung sein. In einer bevorzugten Ausführung beinhaltet die optoelektronische Sensoreinrichtung eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, eine Abbildungsoptik und einen Bildsensor; eine erste Abdeckplatte grenzt die Lichtquelle sowie die Beleuchtungsoptik und eine zweite Abdeckplatte grenzt die Abbildungsoptik sowie den Bildsensor gegen den Messspalt hin ab. Durch die nicht parallele Positionierung der Abdeckplatten werden

Mehrfachreflexionen und dadurch verursachte Geisterbilder sowie Interferenzen

verhindert.

In einer fünften Ausfuhrungsform beinhaltet die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optoelektronischen Bestimmung von Merkmalen eines Garns eine optoelektronische Gamsensoreinrichtung mit einem optoelektronischen Bildsensor, der eine Vielzahl von Bildelementen aufweist, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Vorrichtung. Der Bildsensor ist in der Steuereinrichtung integriert. Die Steuereinrichtung beinhaltet vorzugsweise einen Prozessor, und der Prozessor sowie der Bildsensor sind auf ein und derselben Leiterplatte aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführung ist die

Steuereinrichtung sternförmig mit mehreren anderen Bauteilen und/oder Geräten verbunden. Dabei sind die anderen Bauteile und/oder Geräte aus der Menge ausgewählt, welche die folgenden Elemente umfasst: eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Garns, eine Fördereinrichtung für das Garn, eine Benutzerschnittstelle, die vorzugsweise eine Eingabeeinrichtung und/oder eine Ausgabeeinrichtung enthält, einen Rechner und ein Computernetzwerk. Der Bildsensor ist vorzugsweise ein zweidimensionaler Bildsensor, und die Bildelemente sind matrixförmig angeordnet. In dieser fünften, hoch integrierten Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Vorrichtung kompakt aufgebaut. Mit dem Begriff„Licht" ist in dieser Schrift nicht nur der sichtbare Bereich (VIS) des

elektromagnetischen Spektrums gemeint, sondern auch die daran angrenzenden Bereiche Ultraviolett (UV) und Infrarot (IR).

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung können beliebig miteinander kombiniert werden. Dadurch ergeben sich weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsformen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zur Bestimmung von verschiedenen Merkmalen eines Garns verwendet werden. Sie kann zur Bestimmung nur eines einzigen Merkmals oder von mehreren unterschiedlichen Merkmalen geeignet sein. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht in der

optoelektronischen Messung der Haarigkeit des Garns.

AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN Nachfolgend werden verschiedene Aspekte der Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrichtung. Figur 3 zeigt schematisch eine optoelektronische Garnsensoreinrichtung im

Querschnitt.

Figur 4 zeigt schematisch ein von der optoelektronischen Gamsensoreinrichtung

aufgenommenes Bild.

Figur 5 zeigt schematisch eine Abbildungseinheit der optoelektronischen

Garnsensoreinrichtung im Querschnitt.

Figur 6 zeigt schematisch die optoelektronische Gamsensoreinrichtung im Querschnitt.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt von aussen eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zur Bestimmung von Merkmalen eines Garns 9. Man erkennt in dieser Darstellung ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 11, verschiedene Gamführungselemente 12-15 zur Führung des Garns 9, eine Sensorabdeckung 16 für eine optoelektronische Gamsensoreinrichtung 3 und eine Rollenabdeckung 17 für eine Gamfördereinrichtung 4. Die optoelektronische

Gamsensoreinrichtung 3 misst mindestens einen Parameter des Garns 9, z. B. die Länge von Fasern („Haaren"), die vom Garn 9 abstehen. Wie das Blockdiagramm von Figur 2 zeigt, hat die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 funktional betrachtet einen sternförmigen Aufbau. Dir Herzstück ist eine zentrale

Steuereinrichtung 2, die mit mehreren anderen Bauteilen und/oder Geräten 31 , 4-7 verbunden ist, diese steuert und Signale der optoelektronischen Gamsensoreinrichtung 3 auswertet. Die Aufgaben der Steuerung und Signalauswertung werden von einem

Prozessor 21, vorzugsweise einem digitalen Signalprozessor (DSP), ausgeführt. Der

Prozessor 21 ist mit der optoelektronischen Gamsensoreinrichtung 3 verbunden, welche mindestens ein Merkmal des Garns 9 wie z. B. seine Haarigkeit bestimmt. Femer ist der Prozessor 21 mit einer Fördereinrichtung 4 verbunden, welche das Garn entlang seiner Längsrichtung durch die optoelektronische Gamsensoreinrichtung bewegt, was mit einem Pfeil 99 angedeutet ist. Ein im Prozessor 21 gespeichertes Programm steuert ihr Ein- und Ausschalten, die Intensität der Beleuchtung, das Abrufen und die Auswertung der aufgenommenen Bilder, die Gamfördergeschwindigkeit und/oder weitere Parameter. Dadurch steuert es den Ablauf der Bestimmung der Merkmale des Garns 9 in der Vorrichtung 1. Die Steuereinrichtung 2 kann auch mit einer Benutzerschnittstelle 5, die eine Eingabeeinrichtung 51 und eine Ausgabeeinrichtung 52 enthalten kann,

kommunizieren. Ferner kann die Steuereinrichtung 2 mit einem Rechner 6 und/oder einem Computernetzwerk 7 verbunden sein und mit diesen Daten austauschen. Der

Datenaustausch kann über bekannte Standards wie Ethernet oder USB erfolgen.

Die optoelektronische Garnsensoreinrichtung 3 beinhaltet eine Beleuchtungseinheit und eine Abbildungseinheit. Die Beleuchtungseinheit weist mindestens eine Lichtquelle 31 und eine Beleuchtungsoptik 32 auf. Als Lichtquelle 31 kann z. B. eine Leuchtdiode (englisch light emitting diode, LED) verwendet werden. Die Lichtquelle 31 sendet

elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten

Spektralbereich aus, welche in dieser Schrift der Einfachheit halber unter dem Begriff „Licht" zusammengefasst wird. Die Beleuchtungsoptik 32 kollimiert das von der

Lichtquelle 31 ausgesandte Licht auf das Garn 9. Die Abbildungseinheit weist eine Abbildungsoptik 33 und einen optoelektronischen Bildsensor 34 auf. Der Bildsensor 34 ist vorzugsweise ein zweidimensionaler Bildsensor 34 mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Bildelementen (Pixeln). Derartige Bildsensoren 34 sind in Form von integrierten optoelektronischen Bauelementen in verschiedenen Technologien kommerziell erhältlich, bspw. aus Digitalkameras bestens bekannt und weit verbreitet. Alternativ kann als Bildsensor 34 ein ebenfalls bekannter eindimensionaler Zeilensensor mit einer Vielzahl von Pixeln, die auf einer senkrecht zur Garnlängsrichtung stehenden Geraden angeordnet sind, eingesetzt werden. Die Abbildungsoptik 33 bildet einen Garnabschnitt auf den Bildsensor 34 ab, worauf anlässlich der Figur 3 näher eingegangen wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist der Bildsensor 34 in der Steuereinrichtung 2 integriert. Dies bedeutet, dass der Bildsensor 34 und der Prozessor 21 auf ein und derselben Leiterplatte 22 aufgebracht sind. Somit erfolgt die Auswertung der Signale des Bildsensors 34 auf derselben Leiterplatte 22 („on-board") wie die Aumahme der Bilder des Garns 9. In Figur 3 ist die optoelektronische Garnsensoreinrichtung 3 detaillierter, aber immer noch vereinfacht dargestellt. Die Lichtquelle 31 beleuchtet einen Abschnitt des Garns 9 über die Beleuchtungsoptik 32. Vorzugsweise kommt dabei die Köhlersche Beleuchtung zum Einsatz, die aus der Mikroskopie wohl bekannt ist und auf die hier nicht weiter eingegangen wird. Eine geeignete Abbildungsoptik 33 bildet den Abschnitt des Garns 9 auf den Bildsensor 34 ab. Der Einfachheit halber sind die Beleuchtungsoptik 32 und die Abbildungsoptik 33 in Figur 3 als einfache Linsen dargestellt; selbstverständlich können aber komplexere optische Systeme eingesetzt werden, die nebst Linsen weitere optische Elemente wie Blenden oder Filter beinhalten. Die Abbildung erfolgt vorzugsweise in

Transmission, d. h. ohne eingelegtes Garn 9 leuchtet die Lichtquelle 31 auf den Bildsensor 34, und wenn Garn 9 eingelegt ist, schattet es zumindest einen Teil des Lichtes ab. Das Garn 9 ist in dieser schematischen Darstellung als Garnkörper 91 mit kreisrundem

Querschnitt gezeichnet, aus dem einzelne Fasern („Haare") 92 im Wesentlichen radial nach aussen ragen.

Für die Anwendung der Haarigkeitslängenmessung ist es vorteilhaft, wenn eine

Längsachse 90 des Garns 9 eine optische Achse 30 der optoelektronischen

Garnsensoreinrichtung 3 nicht schneidet, sondern von dieser beabstandet ist, bspw. um einen Abstand von a = 2-6 mm und vorzugsweise um ca. a = 4 mm. Diese Achsversetzung a basiert auf der Annahme, dass (zumindest wenn eine Mittelung über eine gewisse Garnlänge durchgeführt wird) das Garn 9 rotationssymmetrisch ist und daher die zu messenden Haarigkeitslängenwerte entlang des Garnumfangs gleich sind. Trifft diese Symmetrieannahme zu, so braucht nur ein durch die Garnlängsachse 90 definierter Halbraum 93 betrachtet zu werden, und ein dazu komplementärer Halbraum 94 kann ausser Acht bleiben. Im betrachteten Halbraum 93 kann dafür die Haarigkeit besser, d. h. mit grösserer Auflösung, untersucht werden.

Ein entsprechendes Bild, wie es ein zweidimensionaler Bildsensor 34 aufnimmt, zeigt schematisch Figur 4. Wegen der oben diskutierten Achsversetzung a liegt der Garnkörper 91 nicht in der Mitte, sondern am Rand des Bildes. Dafür werden die in den betrachteten Halbraum 93 ragenden Haare 92 vollständiger und mit höherer Auflösung abgebildet. Die in den anderen Halbraum 94 ragenden Haare interessieren wegen der erwähnten

Symmetrieannahme nicht. Durch eine Auswertung einer Mehrzahl von Bildern mittels statistischer Methoden können genauere und zuverlässigere Messresultate erhalten werden. Dabei können die aus den einzelnen Bildern erhaltenen Messresultate addiert, gemittelt oder auf eine andere Weise miteinander verknüpft werden. Im Fall eines eindimensionalen Bildsensors 34 können in einer ersten Variante zunächst mehrere aufeinander folgende Bildzeilen zu einem zweidimensionalen Bild, wie es in Figur 4 eingezeichnet ist, zusammengesetzt werden. Danach erfolgt eine Auswertung des zweidimensionalen Bildes. In einer zweiten Variante wird jedes eindimensionale Bild so behandelt, wie es oben für die zweidimensionalen Bilder beschrieben ist. Durch

Verknüpfung der aus den einzelnen Bildern erhaltenen Messresultate erhält man ein Endresultat.

Ein Problem bei der Haarigkeitslängenmessung ist die begrenzte Tiefenschärfe der Abbildungsoptik 33. Sie führt dazu, dass die Enden von langen, in Richtung der optischen Achse 30 aus dem Garnkörper 91 ragenden Haaren 92 unscharf abgebildet werden und die Messung verfälschen. Um dieses Problem zu mildern, wird vorgeschlagen, als

Abbildungsoptik 33 eine Bifokaloptik einzusetzen. Eine mögliche Ausführungsform ist in Figur 5 dargestellt. Hier ist eine planparallele Platte 35 so in den Abbildungsstrahlengang eingesetzt, dass sie nur einen Teil 37 des auf den Bildsensor 34 gelangenden Lichtes beeinflusst, während ein anderer Teil 36 an ihr vorbei geht. Wegen der durch die planparallele Platte 35 verursachten Parallelverschiebung der Strahlen 37 ist die

Objektebene 39 für das durch die planparallele Platte beeinflusste Licht 37 weiter vom Bildsensor 34 entfernt als die Objektebene 38 für das nicht beeinflusste Licht 36. Der Bildsensor 34 sieht also in zwei Ebenen 38, 39 scharf. Die planparallele Platte 35 kann kreisförmig, ringförmig oder von anderer Form sein. Alternativ kann sie durch ein optisches Element ersetzt werden, das nicht planparallel ist und eine bifokale oder polyfokale Abbildung ermöglicht. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Abbildungsoptik 33 nichtlinear ausgeführt sein. Mit einer„massgeschneiderten" nichtlinearen Optik kann einerseits eine grössere Tiefenschärfe erreicht werden, was Hilfslösungen wie die planparallele Platte 35 von Figur 5 überflüssig macht. Andererseits kann die nichtlineare Optik so gestaltet sein, dass sie einen örtlich nicht konstanten, sich nach aussen verkleinernden Abbildungsmassstab aufweist. Somit können gleichzeitig sehr lange Haare 92 (mit einer Länge von bspw. bis zu 16 mm) mit einer geringeren Auflösung und kurze Haare 92 mit einer gleichbleibend hohen Auflösung erfasst werden. Die Verzerrung einer solchen nichtlinearen Optik ist bekannt und kann bei der Auswertung der Haarigkeitslänge rechnerisch kompensiert werden.

Wie schon aus Figur 1 ersichtlich, wird die optoelektronische Garnsensoreinrichtung 3 von einer am Gehäuse 11 befestigten Sensorabdeckung 16 vor mechanischen Einwirkungen, Verschmutzung und Fremdlicht geschützt. Figur 6 zeigt schematisch den Lichtweg im Bereich eines Messspaltes 81, durch welchen das Garn 9 in seiner Längsrichtung bewegt wird. Eine senderseitige Wand und eine empfängerseitige Wand des Messspaltes 81 beinhalten je ein lichtdurchlässiges Wandelement 82, 83 als Teil der Sensorabdeckung 16. Das Wandelement 82, 83 lässt das Messlicht durch, schottet aber die Lichtquelle 31 bzw. den Bildsensor 34 vom Messspalt 81 ab. Gemäss der vorliegenden Erfindung sind die Wandelemente 82, 83 als plane Abdeckplatten ausgebildet, die nicht parallel zueinander positioniert sind, um unerwünschte Mehrfachreflexionen und damit verbundene

Geisterbilder und Interferenzeffekte zu verhindern. Die Abdeckplatten 82, 83 sind vorzugsweise so gegeneinander verkippt, dass der Messspalt 81 , in Garnlängsrichtung betrachtet, einen sich vom Gehäuse 11 nach aussen verjüngenden Querschnitt hat.

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, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorrichtung

11 Gehäuse

12-15 Führungselemente für das Garn

16 Sensorabdeckung

17 Rollenabdeckung

2 Steuereinrichtung

21 Prozessor

22 Leiterplatte

3 optoelektronische Garnsensoreinrichtung

30 optische Achse der Garnsensoreinrichtung

31 Lichtquelle

32 Beleuchtungsoptik

33 Abbildungsoptik

34 Bildsensor

35 planparallele Platte

36, 37 Lichtanteile

38, 39 Objektebenen

4 Fördereinrichtung

5 Benutzerschnittstelle

51 Eingabeeinrichtung

52 Ausgabeeinrichtung

6 Rechner

7 Computernetzwerk

81 Messspalt

82, 83 Abdeckplatten

9 Garn

90 Garnlängsachse

91 Garnkörper

92 Garnhaare

93, 94 Halbräume a Achsversetzung zwischen optischer Achse und Garnlängsachse