Aus der DE 44 15 907 ist eine Maschine zum Erkennen von Fremdteilen in Faserströmen bekannt, bei der die Fasem in einem Schacht komprimiert und an einer Reihe von Farbsensoren vorbeigeführt werden. Um einerseits die Fremdteile durch ihre Farbe erkennen zu können, die von der Farbe der zu untersuchenden Fasem im aligemeinen abweicht, ist der Hintergrund in einer Farbe gehalten, die den zu untersuchenden Fasern ähnlich ist. Andererseits ist der Hintergrund durch eine Walze oder ein Transportband gebildet, dessen Oberfläche eine deutliche Strukturierung aufweist, die die Fortbewegung der Fasem begünstigt.

Ein Nachteil dieser Maschine ist darin zu sehen, dass die Oberfläche des Transportbandes oder der Walze, welche eine Oberfläche aus Gummi aufweisen, sich mit der Zeit durch Einwirkung von Licht und Schmutz verfärbt und periodisch ausgewechselt werden muss. Dies auch deshalb, weil sich die Struktur der Oberfläche mit der Zeit verändert, insbesondere verschmutzt. Zudem ist diese Konstruktion mit dem bewegten Hintergrund aufwendig und führt dazu, dass die Fasem nur von einer Seite aus gesehen zu beobachten und zu messen sind. Zudem muss die Maschine in der Lage sein, drei Farbstufen auseinanderzuhatten, nämlich eine für den Hintergrund, eine für die Flocken aus guten Fasem und eine für Fremdmaterial, was hohe Anforderungen an die optischen Elemente stellt.

Aus der WO 95/16909 ist femer ein Gerät für die"on-line"Erfassung von Verunreinigungen in weisser Fasermasse bekannt, bei dem die Fasermasse zwischen zwei einander gegenüberliegenden Walzen hindurchgeführt wird, wobei die eine Walze aus durchsichtigem Material besteht. Hinter der Walze aus durchsichtigem Material ist eine Optik mit einem Detektor angeordnet, die Licht von der Fasermasse empfängt, das durch die durchsichtige Walze hindurchtritt. Die Fasermasse ist durch je zwei Streckwerkzylinder beidseits der Walze aus durchsichtigem Material angetrieben.

Ein Nachteil dieses Gerätes ist darin zu sehen, dass damit ein höchstens vier Millimeter breiter Streifen des vorgängig gewalzten Fasermaterials erfasst wird, um als Detektor eine Fotodiodenzeile einsetzen zu können. Dies bedeutet, dass dieses Gerät nur für sehr dünne Fasermassen und geringe Geschwindigkeiten geeignet ist. Es kann nicht beliebig vergrössert werden um dickere Fasermassen zu untersuchen, denn in diesem Falle würde die Kombination der durchsichtigen Walze und der neben der Walze angeordneten Auswerteeinheit keine befriedigende Arbeitsweise mehr ermöglichen. Dieses Gerät eignet sich somit nicht für den industriellen Einsatz für die Prüfung von Rohmaterialien für die Herstellung von Textilien.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das die genannten Nachteile vermeiden und es erlauben den Faserstrom im industriellen Einsatz auch mit hohen Geschwindigkeiten durchlaufend zu prüfen, wobei die Prüfbedingungen sich über längere Zeit nicht verändern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Faserstrom in Abschnitten komprimiert, formschlüssig angetrieben, optisch erfasst und auf die Anwesenheit von Fremdmaterial untersucht wird. Der Faserstrom wird vorzugsweise über versetzte Abschnitte formschlüssig angetrieben wo auch die optische Erfassung erfolgt. Die optisch erfassten Abschnitte weisen eine begrenzte und einstellbare Dicke auf. Für die optische Erfassung wird das vom Faserstrom reflektierte Licht einer Lichtquelle in mehrere Farben zerlegt und aus jeder Farbe wird ein Signal gewonnen, das getrennt ausgewertet wird um Fremdmaterial zu erfassen, das auf eine Farbe besonders stark anspricht.

Die Vorrichtung weist mindestens ein walzenfönmiges Element, das Elemente zum formschlüssigen Eingreifen in den Faserstrom und zum Antreiben des Faserstromes aufweist, zwischen denen Licht leitende Elemente angeordnet sind. Das walzenfönmige Element kann aber auch als ganzes durchsichtig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind zwei walzenförmige Elemente einander gegenüberliegend angeordnet, deren Elemente zum formschlüssigen Eingreifen als Zähne ausgebildet sind, berührungslos ineinandergreifen und einen durchgehenden Messkanal mit versetzten Abschnitten für den Faserstrom bilden.

Auf dem walzenfönmigen Element sind Licht leitende Elemente in Kolonnen und Reihen nebeneinander angeordnet. An mehreren optischen Auswertemodulen ist eine gemeinsame Auswerteeinheit angeschlossen, die in einer Stellung des walzenfönmigen Elementes jeweils mit einem optischen Leiter in Verbindung steht. Das Auswertemodul weist Filter auf, um das reflektierte Licht in mehrere definierte Farben aufzuteilen. Die Auswerteeinheit mit den Auswertemodulen ist vorzugsweise in einem walzenförmigen Element angeordnet.

Vorzugsweise wird der Faserstrom aus beiden Seiten optisch erfasst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass für die Erfassung des Fremdmaterials ein homogenisierter Abschnitt im Faserstrom gebildet wird, in dem nur Fasem und allfällig vorhandene Fremdstoffe erscheinen. Die Vorrichtung dient gleichzeitig zur formschlüssigen Förderung des Faserstromes im Messkanal. Es ist möglich, den Faserstrom aus zwei Seiten zu erfassen, was eine Erfassung des Fremdmaterials mit erhöhter Sicherheit erlaubt, ohne dass die Vorrichtung dazu sehr viel Platz beansprucht.

Die genannte Sicherheit wird auch dadurch erhöht, dass der Faserstrom für die Messung nur eine geringe und einstellbare Dicke aufweist. Das Fasermaterial wird vor den Sensoren geführt und komprimiert, sodass es als Fläche erscheint, was den Faserstrom homogen erscheinen lässt, so die Bildung von Schatten verringert und den Kontrast zu abweichenden Farben vergrössert, da der Hintergrund vor dem erfasst wird, gar nicht erscheint. Der Einsatz von Photodioden für die Erfassung des Lichts steigert die Genauigkeit der Erfassung weiter. Die vorgeschlagene Lösung erlaubt es auch, lichtemittierende Dioden mit weissem Licht als Lichtquelle zu verwenden, was im Gegensatz zu halogenem Licht weniger Erhitzung und auch über längere Zeit gleichförmigeres Licht ergibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigt : Figur 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung Figuren 2,3 und 6 je eine schematische Ansicht eines Teils der Vorrichtung gemass Fig. 1, Figuren 4 und 5 je eine weitere Ausführung der Vorrichtung, Figur 7 ein Blockschema eines Teils der Vorrichtung und Figuren 8 und 9 eine schematische Darstellung von Abläufen in der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die aus den folgenden Verarbeitungsstufen besteht : Kondenser 1, Öffner 2, Staukanal 3, Fremdstofferkennungsvorrichtung 4, Fremdstoffausscheidungsvorrichtung 5 und Ausgangskanal 6 für gereinigtes Fasermaterial.

Zudem erkennt man weitere Teile wie : Fremdstoffsammelbehälter 7, Ausscheidevorrichtung 8, Steuereinheit 9, Messverbindung 10, Steuerverbindung 11, Ein-und Ausgabeeinheit 12, sowie eine Pressluftleitung 13 für die Ausscheidevorrichtung 8.

In Fig. 2 ist die Stufe für die Fremdstofferkennungsvorrichtung 4 genauer dargestellt. Darin erkennt man zwei walzenfömmige Elemente 14 und 15, die getrennt aber synchron angetrieben sind und sich in Richtung von Pfeilen 16 und 17 bewegen. Die Elemente 14 und 15 begrenzen einen Messkanal 18, in den der Staukanal 3 mündet, wobei der Querschnitt des Messkanals 18 aber wesentlich geringer ist als jener des Staukanals 3. In den walzenfönmigen Elementen 14 und 15 sind je eine optische Auswerteeinheit 19 und 20 zur Signalverarbeitung feststehend angeordnet.

Fig. 3 zeigt einen Teil der Fremdstofferkennungsvorrichtung 4 gemäss Fig. 2 wobei man wiederum den Messkanal 18, Teile der walzenförmigen Elemente 14 und 15 und die Auswerteeinheiten 19 und 20 zur Signalverarbeitung erkennt. Am Umfang der walzenförmigen Elemente 14 und 15 sind Zähne 21 und 22 angeordnet, die ineinandergreifen, ohne sich zu berühren, so dass immer ein Messkanal 18 zwischen den Zähnen 21,22 durchgehend offen bleibt. Zwischen, oder neben den Zähnen 21,22 sind auf den walzenfömmigen Elementen durchsichtige Lichtleiter wie vorzugsweise Linsen 23, 24 angeordnet, die eine Licht leitende Verbindung zwischen dem Messkanal 18 und dem Inneren 25,26 der watzenförmigen Elemente 14,15 herstellen. Jede Auswerteeinheit 19, 20 zur Signalverarbeitung besteht aus mehreren optischen Auswertemodulen, die mit einer Linse oder einem Objektiv 27, mehreren Farbfiltem und Lichtleitem 28 sowie optischen Wandlem 29 zur Signalverarbeitung ausgerüstet sind.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung mit nur einem walzenförmigen Element 14, das vor einer Wand 30 angeordnet ist, so dass sich zwischen dem Element 14 und der Wand 30 ein Kanal 31 für den Faserstrom bildet.

Anstelle der Wand 30 kann auch eine einfache aber angetriebene Walze 32 vorgesehen sein, wie dies die Fig. 5 zeigt.

Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Teils der Struktur der walzenförmigen Elemente 14,15 auf denen durchsichtige Lichtleiter 23, 24 in Reihen 33,34 und Kolonnen 35,36 angeordnet sind.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Auswerteeinheiten 19,20 mit den Linsen oder Objektiven 27 und den Lichtleitem 28. Diese sind über Farbfilter 38 an Messelemente 37 für die Intensität des gefilterten Lichtes angeschlossen. Daran schliessen in Serie ein Strom- Spannungswandler 39, ein Verstärker 40 und ein AID-Wandler 41 an. Dieser ist an ein Element 42 zur Linearisierung und Normierung angeschlossen. Dieses ist wiederum einerseits an eine Schaltung zur Auswertung der Lichtintensität 43 und andererseits direkt an einen Speicher 44 für die einzelnen gefilterten Farbwerte und die gesamte Farb- Intensität angeschlossen. Dieser Speicher 44 ist wiederum einerseits an eine Einheit 46 zur Festlegung von Nominalfarbwerten und an eine Verzögerungsschaltung 45 angeschlossen.

An die Einheit 46 schliesst sich eine Einheit 47 zur Festlegung und Speicherung von Toleranzwerten an, die wieder an einen Vergleicher 48 angeschlossen ist. Der Vergleicher 48 ist ebenfalls mit der Verzögerungsschaltung 45 verbunden und bestimmt den Zustand eines Ausgangs 49. Ein Lichtleiter 28 ist auch mit einer Lichtquelle 50 verbunden. Ein Positionssensor 51 misst ständig die Lage der walzenfönmigen Elemente 14,15. Der Positionssensor 51 steuert über eine Leitung 52 den A/D-Wandler 41 und die Verzögerungsschaltung 45. Über einen Anschluss 53 kann die Festlegung der Nominalfarbwerte ausgelöst werden. Über einen Anschluss 54 werden Toleranzwerte festgelegt.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Auswerteeinheiten 19,20 in den beiden walzenförmigen Elementen 14,15. Deshalb sind hier nebeneinander mehrere Linsen oder Objektive 27a,-27n, und 27az-27nz und mehrere Auswerteschaltungen 29a,-29n, und 29a2-29an angeordnet. Jeder Kolonne 35,36 (Fig. 6) ist eine Linse oder ein Objektiv 27 mit einer Auswerteschaltung 29 zugeordnet. Die Auswerteschaltungen 29 können aber auch zu Gruppen zusammengefasst werden und je einen einzigen gemeinsamen Ausgang 55 bis 59 aufweisen.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist dabei wie folgt : Im Kondenser 1 trifft ein Faserstrom in Form von Flocken 60, die beispielsweise aus Baumwollfasem bestehen und in einem Luftstrom 61 transportiert werden, ein. Die Flocken 60 enthalten möglicherweise nicht nur Baumwollfasem, sondern auch Fremdmaterialien wie z. B. Fasem anderer Art oder anderer Farbe, Fremdstoffe, Gewebe-oder Plastikteile usw.

Der Kondenser 1 trennt die Flocken 60 vom Luftstrom 61 und leitet die Flocken dem Öffner 2 zu, der die Flocken mindestens dann teilt oder öffnet, wenn diese ein gewisses Mass überschreiten. Dann gelangen die Flocken 60 in den Staukanal 3, wo sie sich ansammeln und von unten in den Messkanal 18 eingezogen werden. Dies geschieht durch die walzenförmigen Elemente 14,15, deren Zähne 21,22 das Fasermaterial erfassen, komprimieren und führen, so dass abgesetzte oder versetzte Abschnitte 62,63 gebildet werden, wo die Fasermasse wie später beschrieben, optisch erfasst wird. Anschliessend wird der Faserstrom nach unten ausgestossen und durch einen weiteren Luftstrom abgesaugt, wobei er die Ausscheidevorrichtung 8 passiert. Diese arbeitet in an sich bekannter Weise indem sie die durch die Fremdstofferkennungsvorrichtung 4 erfassten Fremdteile des Faserstromes mit einem Druckluftimpuls in eine andere Richtung wegschiesst, so dass diese Teile in den Fremdstoffsammelbehälter 7 gelangen. Der verbleibende Teil des Faserstromes verlässt die Vorrichtung gereinigt über den Ausgangskanal 6 und kann einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

Die im Abschnitt 62, der gerade vor dem Lichtleiter 24 liegt, gefangenen Fasem, die den Hintergrund vollständig abdecken, werden über den Lichtleiter 24 von der Lichtquelle 50 beleuchtet. Das von den Fasem reflektierte Licht gelangt über das Objektiv 27 (Fig. 3) und die Lichtleiter 28 in die Farbfilter 38 (Fig. 7), wo aus dem reflektierten Licht Anteile des roten (R), des grünen (G) und des blauen (B) Lichtes ausgefiltert und getrennt an die Messelemente 37 abgegeben werden. Im Strom-Spannungswandler 39 werden diese Anteile zu Spannungswerten gewandelt. Die so erzeugten Spannungen für jede Farbe werden über den Verstärker 40 an den Analog/Digital-Wandler 41 übermittelt, der über ein Signal vom Positionssensor 51 aus der Leitung 52 und damit durch die Position der Lichtleiter 24 auf den walzenförmigen Elementen 14,15 getaktet wird. Die für jede Farbe getrennt erreichten Spannungen werden entsprechend der jeweiligen Farbe (Rot, Grün, Blau) dem Element 42 zur Linearisierung und Normierung zugeführt und dann an den Speicher 44 und, zu einer Gesamtintensität summiert, an den Intensitätsmesser 43 abgegeben. Die normierten Werte der Spannungen für die einzelnen Farben werden der Schaltung zur Auswertung der Lichtintensität 43 für die Bestimmung der Farbintensität zugeführt. In der Einheit 46 werden Nominalwerte für jede Farbe und jede Intensität festgelegt, wozu eine Eingabe zur Kalibrierung über den Anschluss 53 dient. Jedem Nominalwert werden in der Einheit 47 auch Toleranzwerte zugeordnet, welche über den Anschluss 54 bestimmt werden. Gleichzeitig werden die Signale aus dem Speicher 44 der Verzögerungsschaltung 45 zugeführt, die sie solange verzögert, wie eine Flocke braucht, um vom Abschnitt 63 im Messkanal 18 wo sie erfasst wird, bis vor die Ausscheidevonichtung 8 zu gelangen. Zu diesem Zeitpunkt wird im Vergleicher 48 entschieden, ob ein Signal zur Ausscheidung über den Ausgang 49 ausgegeben wird. Dies geschieht dann, wenn die verzögerten Werte für die Intensitäten der einzelnen Farben aus der Verzögerungsschaltung 45 ausserhalb der Toleranzwerte liegen, die durch die Einheit 47 vorgegeben sind. Dies geschieht eben durch einen Vergleich im Vergleicher 48. Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung ist Teil der Steuereinheit 9 (Fig. 1) was bedeutet, dass das Signal zur Ausscheidung über die Steuerleitung 11 an die Ausscheidevorrichtung 8 abgegeben wird, welche den gerade in ihrem Wirkungsbereiche liegenden Teil des Faserstromes mit einem Druckluftimpuls ausschleust. Sobald der Abschnitt 63 (Fig. 3) mit dem Lichtleiter 23 vor dem Objektiv 27'der Auswerteeinheit 19 liegt, laufen die genau gleichen Vorgänge wieder ab. So kommt einmal die Auswerteeinheit 19, dann wieder die Auswerteeinheit 20 abwechslungsweise zum Einsatz.

Die oben beschriebenen und in den Auswerteeinheiten 19,20 ablaufenden Vorgänge können sinngemäss auch auf eine zweite Art beschrieben werden, nämlich wie folgt und mit Hilfe der Fig. 9. Die am Ausgang 49 anfallenden Signale, die zeitlich getaktet für jede Farbe (R = rot, G = grün, B = blau) einzeln ausgegeben werden, können in einer dreidimensionalen Darstellung in einem Raum 64 veranschaulicht werden. In diesem Raum 64 kann jede Farbe als Vektor R, G, B aufgefasst werden, wobei die Vektoren R, G, B zu einem resultierenden Vektor H zusammengefasst werden können, wenn die Vektoren R, G und B eine gleiche Einheitsgrösse darstellen. In der Praxis tun sie das nicht und es resultiert aus den gemessenen Intensitätswerten für jede Farbe ein entsprechend dimensionierter Vektor (R, G und B), die zusammengefasst einen Vektor RGBH ergeben.

Für diesen ist durch die gesetzten Toleranzen in der Einheit 47 ein Toleranzbereich definiert, der hier durch den Würfel 65 dargestellt ist. Liegt der Endpunkt des Vektors RGBH in diesem Toleranzbereich 65, so besteht keine Veranlassung Flocken auszuscheiden. Liegt aber der Vektor beispielsweise in einem Bereiche 66 neben dem Toleranzbereich, so besteht eine Veranlassung dazu.

Es können auch Algorithmen vorgegeben werden, die beispielsweise veranlassen, dass mehrere nebeneinanderliegende Ausscheidevonichtungen 8 zusammen aktiviert werden, Dann sind mehrere Auswerteschaltungen 29 wie in der Fig. 8 gezeigt zu Gruppen mit jeweils gemeinsamen Ausgängen zusammengefasst. So werden Signale zur Ausscheidung von Fremdstoffen über die Ausgänge 55,56,57,58, und/oder 59 ausgegeben. Dazu könnten beispielsweise weitere Toleranzen vorgegeben werden, die, wenn sie überschritten werden, solche gemeinsame Ausscheidungen auslösen, obwohl die Toleranzen für einen einzigen Ausgang noch nicht überschritten sind.

Es bleibt hier nachzutragen, dass alle Eingaben, insbesondere solche für die auch die Anschlüsse 53 und 54 vorgesehen sind, über die Ein-und Ausgabeeinheit 12 erfolgen sollen, die diese an die Steuereinheit 9 übermittelt.

Wird eine Vorrichtung verwendet, wie sie in den Figuren 4 oder 5 dargestellt ist, so ist es vorteilhaft, die Wand 30 oder die Walze 32 in einer Farbe zu halten, die dem reinen Fasermaterial ähnlich ist. Dies gilt auch für die Zähne 21,22. Es ist ebenfalls denkbar statt optischer Elemente, die eine runde Form aufweisen, solche die langgestreckt sind zu verwenden, was die Zahl der Kolonnen 34,35 bis auf eine reduzieren könnte.