Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Fasermaterial gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 6. Derartige Vorrichtungen werden in erster Linie in Spinnereien zum Reinigen von Rohbaumwolle eingesetzt. Diese Rohbaumwolle kann häufig mit für den Spinnprozess unerwünschten Fremdstoffen durchsetzt sein. Fremdstoffe sind beispielsweise Schnüre, Jutefetzen oder andere Gewebefetzen, Kunststofffolien oder Metallteilchen.

Ein gattungsmässig vergleichbares Verfahren und eine Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 297 19 245 Ul bekannt geworden. Dabei werden die Baumwollflocken in einem pneumatischen Förderstrom durch einen Präsentationskanal geführt und mit Hilfe von Farbsensoren und Infrarotsensoren überwacht. Zugehörige Strahlungsquellen emittieren jeweils Licht und Infrarotstrahlung. In der Praxis hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, farblose (d.h. entweder weisse oder transparente) Kunststoff-Verunreinigungen zu erkennen und auszuscheiden.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe Fremdstoffe wirksam erkannt und ausgeschieden werden können. Dabei sollen insbesondere farblose Kunststoff-Verunreinigungen, insbesondere also weisse oder transparente Kunststoffpartikel, sicher erkennbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Durch die Verwen-

dung nur der gerichteten Reflexion zum Generieren eines Ausscheidesignals wird auf vorteilhafte Art und Weise die Eigenschaft von Kunststoffpartikeln genutzt, dass deren Oberfläche glänzend bzw. spiegelnd reflektierend ausgebildet ist. Da Baumwolle und natürliche Verunreinigungen wie Trash die Lichtstrahlung entweder diffus reflektieren oder aber absorbieren, lassen sich somit Kunststoff-Verunreinigungen verhältnismässig einfach erkennen. Ein Ausscheidesignal wird nur bei einem Signal von vorbestimmter Dauer und Intensität generiert, wie es nur von einer gerichteten Reflexion verursacht sein kann, wobei zum Erkennen der gerichteten Reflexion bevorzugt eine Maximaldauer und eine Minimalintensität vorgegeben ist. Der Fremdstoff kann in einem Beobachtungszeitpunkt beispielsweise von einer Punktlichtquelle beleuchtet werden, wobei die Reflexionen von (z.B.) Kameras aus verschiedenen Richtungen erfasst werden können.

In einer ersten Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Strahlungsquellen vorgesehen sein. Dabei wird der Materialstrom in einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen bestrahlt.

Der Materialstrom kann in einer vorbestimmten Reihenfolge von Strahlungsquellen oder von Gruppen von Strahlungsquellen abwechselnd bestrahlt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei Fremdstoffen mit nahezu beliebiger Orientierung der reflektierenden Oberfläche mindestens eine Reflexion erfasst werden kann. Der Fremdstoff kann sequentiell beleuchtet werden und dabei jedes Mal von mehreren Aufnahmeeinrichtungen aus verschiedenen Richtungen erfasst werden. Dabei können eine oder mehrere Punktlichtquellen auf unterschiedliche Weise angesteuert werden .

Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen ist, wobei jede Aufnahmeeinrichtung im Beobachtungszeitpunkt jeweils ein Bild aufnimmt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Erkennungs- und Ausscheidewirkung erheblich erhöht werden kann.

Die Detektion der Fremdstoffe kann mit Hilfe einer Kamera, insbesondere einer flachig- oder zeilenartig auflosenden Schwarz- Weiss-Kamera (S/W-Kamera) oder einem Einzelsensor erfolgen. Dabei können die Sensorsignale mit Hilfe einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, die bei überschreiten eines bestimmten Helligkeitswertes einen Fremdstoff detektiert und ein Steuersignal erzeugt .

In vorrichtungsmassiger Hinsicht ist eine Anordnung aus Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass der infolge Bestrahlung durch die Strahlungsquelle von den Fremdstoffen reflektierte Strahl von der Aufnahmeeinrichtung detektiert werden kann. Auf diese Weise lasst sich die spiegelnde Reflexion der glanzenden Oberflachen der Fremdstoffe erkennen.

Je Aufnahmeeinrichtung kann eine Mehrzahl von Strahlungsquellen vorgesehen sein, die um die Aufnahmeachse der Aufnahmeeinrichtung herum angeordnet sind. Die Strahlungsquellen können auf einer zur Aufnahmeachse vertikal verlaufenden Ebene liegen. Bevorzugt können dabei die Strahlungsquellen gleichmassig verteilt auf einem Kreis oder einer Kugelkalotte um die Aufnahmeachse angeordnet sein.

Je Strahlungsquelle kann eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sein, die um die Strahlungsachse herum angeordnet sind. Dabei können die Strahlungsquellen auf einer zur Aufnahme-

achse der Aufnahmeeinrichtung vertikal verlaufenden Ebene liegen. Dabei können die Aufnahmeeinrichtungen bevorzugt gleichmäs- sig verteilt auf einem Kreis um die Strahlungsachse angeordnet sein .

Je Strahlungsquelle kann eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sein, die auf einer zur Strahlungsachse vertikal verlaufenden Ebene liegen. Dabei können die Aufnahmeeinrichtungen bevorzugt gleichmässig verteilt auf einem Kreis um die Strahlungsachse angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann in einem Abstand vom Präsentationskanal eine LED-Anordnung mit einer Vielzahl von LED- Leuchtelementen als Punktlichtquellen (Strahlungsquellen) angeordnet sein. Je nach Betriebsart können die Punktlichtquellen einzeln, gruppenweise oder gesamthaft angesteuert und aktiviert werden .

Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Strahlungsquellen aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass die Strahlungsquellen in einer vorbestimmten Reihenfolge einzeln oder gruppenweise aktivierbar sind.

Die Aufnahmeeinrichtung kann eine Kamera oder ein elektromagnetischer Einzelsensor sein.

Vorteilhaft kann es sein, wenn wenigstens zwei Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind, wobei eine erste Aufnahmeeinrichtung eine S/W-Kamera und eine zweite Aufnahmeeinrichtung eine Farbkamera ist. Dabei kann die Steuereinrichtung derart eingerichtet sein, dass die S/W-Kamera und die Farbkamera sowohl parallel als auch alternierend oder auch gleichzeitig betreibbar sind. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass neben der Erkennung

insbesondere von farblosen Kunststoff-Verunreinigungen auch beispielsweise farbige textile Verunreinigungen auf einfache Art und Weise erkannt werden können. Dabei ist bevorzugt jeder S/W- Kamera eine Farbkamera zugeordnet.

Zwischen dem Präsentationskanal und der Aufnahmeeinrichtung kann ein sich gegen die Aufnahmeeinrichtung verjüngender Konus, insbesondere ein Glaskonus, angeordnet sein. Auf diese Weise können unerwünschte, störende Reflexe verhindert werden.

Die Vorrichtung kann ein drehbares Spiegelrad zum Abscannen des Materialstroms mit polygonal angeordneten Spiegelflächen enthalten, mit welchem die Strahlung der Strahlungsquelle in Richtung des Materialstroms ablenkbar ist. Durch eine Verwendung von Polarisationsfiltern kann die Erkennung der Reflexe weiter verbessert werden.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn jede Spiegelfläche des Spiegelrads mit einem Polarisationsfilter versehen ist, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Spiegelflächen Polarisationsfilter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen aufweisen und wobei besonders bevorzugt jede Spiegelfläche einen Polarisationsfilter mit verschiedenen Polarisationsrichtungen aufweist. Auf diese Weise kann jedes Beobachtungsobjekt hintereinander unter verschiedenen Polarisationsbedingungen beobachtet werden, wodurch die Erkennungssicherheit weiter erhöht werden kann. Das Spiegelrad kann beispielsweise ein fünfflächiges Spiegelrad sein, auf dem eine nicht-polarisierende Spiegelfläche sowie je eine Spiegelfläche mit Polarisationsrichtungen 0°, 45°, 90° und 135° angebracht wären. Ein solches Spiegelrad kann auch für herkömmliche Vorrichtungen zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Fasermaterial, insbesondere von Rohbaumwolle, bei dem in einer Beobach-

tungszone mit Hilfe wenigstens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle der Materialstrom bestrahlt wird, vorteilhaft sein.

Statt das Spiegelrad mit Polarisationsfiltern zu versehen, könnte alternativ die Aufnahmeeinrichtung mit wenigstens einem Polarisationsfilter ausgerüstet sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise Strahlungsteiler aufweisen, mit deren Hilfe ein Strahl teilbar ist. Je einem geteilten Strahl kann ein Einzelsensor zugeordnet sein, wobei wenigstens einer der Sensoren mit einem Polarisationsfilter ausgerüstet wäre.

Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung als Bestandteil einer Ausscheideanlage für Baumwollfasern,

Figur 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung mit Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung in einer ersten Ausführungsform,

Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Anordnung mit mehreren Strahlungsquellen und einer Aufnahmeeinrichtung,

Figur 4 die Anordnung gemäss Figur 3 in einer weiteren Darstellung,

Figur 5 eine dritte Ausführungsform der Anordnung mit einer Lichtquelle und mehreren Aufnahmeeinrichtungen,

Figur 6 eine vierte Ausführungsform der Anordnung mit zwei

Strahlungsquellen, wobei jeder Strahlungsquelle zwei Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet sind,

Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit einem einen Glaskonus enthaltenden Präsentationskanal,

Figur 8 eine weitere Ausführungsform der Anordnung mit einer LED-Anordnung und zwei Aufnahmeeinrichtungen, und

Figur 9 eine siebte Ausführungsform der Anordnung mit einem Spiegelrad.

In Figur 1 ist eine mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in einem pneumatisch geförderten Materialstrom von Rohbaumwolle gezeigt. Dieser an sich bekannte Grundaufbau besteht im Wesentlichen aus einer Anordnung 2 aus Strahlungsquelle und Aufnahmeeinrichtung, einer Auswerteeinheit 5 und einer Ausscheidevorrichtung 6 zum Ausscheiden von Fremdstoffen aus dem Baumwollstrom. Die Anordnung 2, die im Bereich eines Präsentationskanals 7 angeordnet ist, kann Fremdstoffe detektieren. Mit der in der Figur 1 lediglich stark schematisch dargestellten Anordnung 2 können besonders effizient farblose Kunststoff-Verunreinigungen aus dem Baumwollstrom erkannt werden. Die Wirkungsweise und der Aufbau dieser Anordnung werden in den nachfolgenden Figuren detailliert beschrieben. Bei Detektion eines Fremdstoffes wird dieses Ereignis mittels der Auswerteeinheit 5 in ein Steuersignal umgewandelt, das die Ausscheidevorrichtung 6 aktiviert. Der erkannte Fremdstoff wird später über ein Abscheiderohr 16 oder eine andere Ableitung weggeführt, bis er schliesslich zu einem (nicht dargestellten) Ausscheidebehälter gelangt. In Figur 1 erfolgt die Ausscheidung beispielhaft mittels Druckluft (angedeutet durch Druckluftquelle

17 und Steuerventil 18) entweder unmittelbar durch Ausblasen des Fremdstoffs oder durch Betatigen einer Umlenkklappe. Für die vorliegende Erfindung wurde sich jedoch grundsatzlich jedes Ausscheideverfahren für einen pneumatisch in einem Rohr 15 geforderten Materialstrom eignen.

Die Anordnung gemass Figur 2 weist eine Strahlungsquelle 3 auf, mit welcher Partikel des Materialstroms (dessen Forderrichtung ist mit einem Pfeil angedeutet ist) bestrahlt werden. Die Strahlungsquelle kann als Lichtquelle, insbesondere als Punktlichtquelle ausgebildet sein. Selbstverständlich konnte aber auch eine Strahlungsquelle ausgewählt werden, die die UV- oder Infrarotstrahlung, insbesondere im Bereich von sogenanntem "nahen Infrarot" (NIR, ca. 800-2'500 nm) emittiert. Im vorliegenden sowie in den folgenden Ausfuhrungsbeispielen wird beispielhaft eine Punktlichtquelle als Strahlungsquelle gewählt. Mit Hilfe der Aufnahmeeinrichtung 4 wird in einer Beobachtungszone B der von den Partikeln infolge der Beleuchtung reflektierte Strahl detek- tiert. Die Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise eine S/W- Matrixkamera sein. Als Aufnahmeeinrichtungen kommen selbstverständlich aber auch elektromagnetische (bzw. optoelektronische) Sensoren (einzelne oder array-formige) in Frage. Die Detektion der Fremdpartikel mit Hilfe der S/W-Kamera oder einem elektromagnetischen Sensor erfolgt dadurch, dass das in Pixel aufgeteilte Bild mit Hilfe einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, die bei überschreiten eines bestimmten Helligkeitswertes einen Fremdstoff detektiert.

Mit der Punktlichtquelle 3 wird ein Partikel P sequentiell beleuchtet (Stroboskopeffekt) . Dies ist in Figur 2 mit Pl bis Pn angedeutet, wobei Pn das Partikel zu einem Zeitpunkt t _n betrifft. Die Aufnahmeeinrichtung 4 ist mit der Punktlichtquelle 3 vorteilhaft mit Hilfe einer Steuereinheit synchronisiert und wird

derart betrieben, dass vom gleichen Partikel P mehrere Aufnahmen (d.h. eben Pl .. Pn) gemacht werden. Ersichtlicherweise wird dabei das Partikel P jedes Mal von einer andern Richtung beleuchtet, da sich das Partikel von Aufnahme zu Aufnahme bezüglich der Aufnahmeeinrichtung und der Punktlichtquelle verschiebt. Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise farblose (weisse oder transparente) Kunststoff-Verunreinigungen unter Ausnutzung von deren glänzenden Oberflächencharakter einfach erkannt werden können .

In den Figuren 3 und 4 ist eine Anordnung 2 mit einer Aufnahmeeinrichtung 4 und einer Mehrzahl von Punktlichtquellen 3 gezeigt. Der Baumwollmaterialstrom wird pro Aufnahme von einer oder einer Gruppe von Punktlichtquellen beleuchtet, wobei für jede Aufnahme verschiedene Punktlichtquellen aktiviert sind. Die Aufnahmeeinrichtung 4 (beispielsweise eine S/W-Kamera) wird derart betrieben, dass vom selben Partikel mehrere Aufnahmen gemacht werden. Je nach Betriebsmodus wird der Materialstrom zu einem Beobachtungszeitpunkt nur von einer Strahlungsquelle oder von einer Gruppe von Strahlungsquellen bestrahlt. Die Anordnung gemäss Figur 3 hat gegenüber der Anordnung gemäss Figur 2 den Vorteil, dass eine grossere Zahl von verschiedenen beliebigen Winkellagen abdeckbar ist. Wie aus Figur 4 hervorgeht, sind die Punktlichtquellen 3 auf einem Kreis K gleichmässig verteilt angeordnet. Dieser Kreis K liegt auf einer Ebene, die vertikal zur Aufnahmeachse A der Aufnahmeeinrichtung 4 verläuft, wobei das Zentrum des Kreises durch die Achse A vorgegeben ist.

Wie Figur 5 zeigt, kann die Anordnung 2 mehrere Aufnahmeeinrichtungen 4 und nur eine einzige Punktlichtquelle 3 aufweisen. Die Aufnahmeeinrichtungen 4 sind gegen die Beobachtungszone im Präsentationskanal 7 bezogen auf die Achse des Lichtkegels L der Punktlichtquelle ausgerichtet. Analog zu Figur 4 sind die Auf-

nahmeeinrichtungen 4 auf einem Kreis angeordnet, wobei das Kreiszentrum hier jedoch durch L vorgegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird bei einer sequentiellen Beleuchtung ein Partikel also zu einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt gleichzeitig von mehreren (hier: vier) Aufnahmeeinrichtungen aufgenommen. Als Aufnahmeeinrichtungen können beispielsweise S/W-Matrix- oder -Zeilenkameras verwendet werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 sind mehrere (hier: zwei) Punktlichtquellen 3 vorgesehen. Dabei ist jeder Punktlichtquelle 3 eine S/W-Kamera 4' und eine Farbkamera 4'' zugeordnet. Eine derartige Kombination von Kameras hat den Vorteil, dass neben der Erkennung von Kunststoff-Verunreinigungen auch textile Verunreinigungen erkennbar sind (vgl. Fig. 8).

In Figur 7 ist eine Kamera im Bereich des engen Endes eines Glaskonus 9 eingefasst. Ein solcher Glaskonus kann unerwünschte Spiegelungen und Verunreinigungen verhindern, wie sie bei einer zwischen Kamera und Transportkanal sich befindlichen Scheibe auftreten können (vgl. z.B. Fig. 2). Zur Verhinderung von unerwünschten Turbulenzen im Transportkanal, sowie zur Reinhaltung der Kameralinse sind jedoch in der Regel lufttechnische oder andere Vorkehrungen zu treffen.

Wie Figur 8 zeigt, können Punktlichtquellen in einer LED- Anordnung angeordnet sein. Diese mit 8 bezeichnete LED-Anordnung weist eine Vielzahl von LED-Leuchtelementen 3 als Punktlichtquellen aus. Mit einer solchen LED-Anordnung können die Vorteile einer S/W-Kamera und einer Farbkamera miteinander kombiniert werden. Für die Farberkennung mit Hilfe der Farbkamera 4'' werden sämtliche LED-Leuchtelemente aktiviert, wodurch eine flächige (diffuse) Beleuchtungsquelle entsteht ohne für die Farberkennung störende Schatteneffekte und Reflexe. Für die Erkennung der

von Kunststoffpartikeln hervorgerufenen Reflexe mit Hilfe der S/W-Kamera 4' hingegen werden die LED-Leuchtelemente nur einzeln oder allenfalls gruppenweise angesteuert und aktiviert. Eine optimale Erkennung von Kunststoff-Verunreinigungen und Textil- Verunreinigungen kann erreicht werden, wenn die LED-Anordnung und die mit dieser synchronisierten Aufnahmeeinrichtungen 4' und 4'' abwechselnd betrieben werden. Das heisst, in einem Beobachtungszeitpunkt nimmt die Kamera 4' die Reflexe auf, und in einem nachfolgenden Beobachtungszeitpunkt nimmt die Kamera 4'' Farbbilder auf.

Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, bei welcher ein drehbares Spiegelrad verwendet wird. Gerichtetes Licht einer Punktlichtquelle 3 (z.B. eines Lasers) wird über eine - möglichst mit dem Strahlengang des zugeordneten Sensors - Strahleinkopplung 19 zum Spiegelrad 10 geführt und von einer Spiegelfläche 12 in Richtung des im Präsentationskanal 7 befindlichen Materialstroms abgelenkt. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass ein zeilenweises Abscannen möglich ist. In Figur 9 sind hierzu ein Hohlspiegel 13 sowie ein planer Hilfsspiegel erkennbar, mit deren Hilfe der Lichtstrahl nahezu vertikal zum Präsentationskanal 7 in einem geeigneten Eintrittswinkel heranführbar ist. Weiter erkennbar ist ein nicht näher beschriebenes Objektiv 11 vor der Aufnahmeeinrichtung 4. Die Spiegelflächen 12 sind vorteilhaft mit verschieden orientierten Polarisationsfiltern bestückt, wodurch jedes Beobachtungsobjekt (Partikel) hintereinander unter verschiedenen Polarisationsbedingungen beobachtet werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9 ist ein fünfflächiges Spiegelrad gezeigt, das besonders bevorzugt einsetzbar ist.