Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fremdfasererkennung in Garnen gemäss der Gattung des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 4.

Aus der US-PS 4,739,176 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem ein bewegtes Garn und ein optisch auf das Garn abgestimmter Hintergrund mit diffusem Licht bestrahlt werden, wobei das Garn und der Hintergrund ungefähr den gleichen Remissionsgrad aufweisen, und das vom Garn und vom Hintergrund remittierte Licht von einem einzigen Sensor detektiert und nach entsprechender Verarbeitung zur Erkennung von Fremdfasern im Garn ausgewertet wird. Bei diesem Verfahren werden für ein Garn ohne Fremdfasern weder Dickstellen noch Dünnstellen gemeldet, da für den Sensor das fremdfaserfreie Garn gegen den Hintergrund verschwindet, er somit keinen Unterschied zwischen dem Garn und dem Hintergrund sieht. Fremdfasern, deren Remissionsgrad bekanntlich stets von dem des Garnes verschieden ist, werden dagegen gemeldet. Dieses bekannte Verfahren ist nur anwendbar, wenn für den Sensor der Remissionsgrad des Hintergrundes möglichst genau mit dem des Garnes übereinstimmt. Geringe Unterschiede in der Farbe bzw. dem Schwarzwert des Garnes führen

dazu, dass Dick- oder Dünnstellen als Änderungen des remittierten Lichtes am Sensor festgestellt werden und so Fremdfasern vortäuschen. Die Anwendung dieser Verfahren ist somit im wesentlichen auf die Prüfung ungefärbter Garne, am ehesten bei gleicher Herkunft, beschränkt.

Aus der GB-B 2 095 828 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein bewegtes Faserkollektiv, z.B. in Form eines flächenförmigen Fa¬ servlieses, an zwei auseinanderliegenden Stellen mit je einer Lichtquelle beleuchtet und an der einen Stelle das von den Fa¬ sern transmittierte, an der anderen Stelle das von den Fasern reflektierte Licht mittels optisch abbildender Systeme je auf einen separaten Lichtsensor geleitet wird. Das von derselben Stelle des Faserkollektives aufgefangene Licht wird von dem in Bewegungsrichtung hinteren Sensor mit einer Zeitverzögerung ge¬ genüber dem vorderen Sensor gemessen, welche vom Abstand der beiden Messstellen und von der Geschwindigkeit des Faserkollek¬ tivs abhängt. Auf dieses Weise ist es möglich, Werte sowohl für das Transmissionsvermögen als auch für das Reflektionsvermögen derselben Stelle des Faserkollektivs zu erhalten, welche mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden und eine gewisse Klassifikation der auftretenden Fehler, darunter auch die Fest¬ stellung von Fremdkörpern im Faservlies, erlauben. Da über den ganzen Querschnitt des Faservlieses gemessen werden uss, werden als Sensoren Photodetektoren in der Form von teuren Zeilen- arrays verwendet, was auch eine aufwendige Auswerteelektronik bedingt. Deshalb ist diese Einrichtung nur zur Prüfung von Materialproben, nicht aber in der Fertigung verwendbar. Bei

diesem bekannten Verfahren können gewisse Fehlinterpretationen der Messwerte dadurch entstehen, dass die Messwerte, aus denen auf die Anwesenheit einer Fremdfaser geschlossen werden, an ver¬ schiedenen Stellen und damit zeitlich nacheinander gewonnen wer¬ den. Dies gilt im besonderen beim Anfahren und beim Herunter¬ fahren der überwachten Fertigungsstelle, da sich dabei die Geschwindigkeit des Garnes innerhalb der Zeitverzögerung zwischen den zusammengehörigen Messwerten ändert.

Gegen die Fehlermöglichkeiten beider bekannter Verfahren will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen von Fremdfasern in Garnen zu schaffen, das unabhängig von der Farbe des Garnes ist und bei dem Messwerte, aus denen auf die Anwesenheit einer Fremdfaser an einer Stelle des bewegten Garnes geschlossen werden kann, gleichzeitig und an derselben Stelle messbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zugleich das Funktionsprinzip erläutert, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. l eine perspektivische Zeichnung einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Fremdfasererkennung;

Fig. 2 einen Schnitt parallel zur Draufsicht der Fig. 1, entsprechend dem Schnitt B - B der Fig. 3;

Fig. 3 einen Schnitt A - A der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt C - C der Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung?

Fig. 6 Signalverläufe bei der erfindungsgemässen Einrichtung;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie B - B der Fig. 8 durch eine modifizierte erfindungsgemässen Einrichtung zur Fremdfasererkennung;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie A - A der Fig. 7 durch eine modifizierte erfindungsgemässen Einrichtung zur Fremdfasererkennung; und

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie C - C der Fig. 8 durch eine modifizierte erfindungsgemässen Einrichtung zur Fremdfasererkennung.

In allen Figuren haben entsprechende Teile dieselben Beizeichen.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Einrichtung zur Fremdfa¬ sererkennung 1 (im folgenden kurz "Einrichtung" genannt), sitzt in einem Gehäuse 2, das einen Kanal 3 zum Durchlauf eines Garnes 4 oder eines anderen fadenförmigen Gebildes besitzt und für Baugruppen dient, wie sie an Spinnstationen oder dergleichen verwendet werden. Das Garn 4 ist durch nicht gezeichnete Füh¬ rungseinrichtungen so geleitet, dass es quer zu seiner Laufrich¬ tung nicht wesentlich ausweichen kann.

In einem Quellenteil 5 des Gehäuses 2 befindet sich eine Lichtquelle 7, beispielsweise eine Leuchtdiode, ein erster Lichtzuführer 8, der Licht von der Lichtquelle 7 durch später zu beschreibende Mittel in zwei Bündel aufteilt und es über zwei Eintrittsprismen 9, 9' auf das Garn 4 wirft. Das vom Garn 4 re¬ flektierte Licht wird über ein erstes Austrittsprisma 10 und ei¬ nen zweiten Lichtzuführer 12 einem ersten Sensor 14 für Licht zugeführt. Die Ausdrücke "Eintritt" und "Austritt" sind auf das Garn 4 bezogen.

In einem Sensorteil 6 des Gehäuses befindet sich ein zweites Austrittsprisma 11 und ein dritter Lichtzuführer 13, die das durch das Garn 4 transmittierte Licht einem zweiten Sensor 15 für Licht zuführen. Der Kanal 3 zum Durchlauf des Garnes 4 liegt zwischen dem Quellenteil 5 und dem Sensorteil 6 des Gehäuses 2.

Die Lichtzuführer 8, 12, 13 sind vorzugsweise als innen reflek¬ tierende, beispielsweise verspiegelte Hohlräume ausgebildet, in denen sich das Licht fortpflanzt. Der erste Lichtzuführer 8 be-

sitzt ein Lichteintrittsfenster 16 über der Lichtquelle 7, eine reflektierende Schräge 17, die das aus der Lichtquelle 7 nach oben austretende Licht in Garnrichtung wirft, und einen Strah¬ lenteiler 18, der dann das Licht auf die Eintrittsprismen 9, 9' lenkt. Von den Eintrittsprismen 9,9' wird das Licht so abge¬ lenkt, dass es sich auf einem Fleck am Garn 4 konzentriert, der einen Durchmesser wenig grösser als die durch die Führungsein¬ richtungen beschränkten Auslenkungen des Garnes 4 besitzt.

Die Austrittsprismen 10, 11 sammeln jeweils das reflektierte bzw. das transmittierte Licht aus diesem Fleck und leiten es über die zugehörigen Lichtzuführer 12, 13 den Sensoren 14, 15 zu.

Die Lichtzuführer 8, 12, 13, die zugehörigen Eintrittsprismen 9, 9' bzw. die Austrittsprismen 10, 11 werden, wo notwendig, unter dem Begriff "lichtzuführende Mittel" zusammengefasst. Diese kön¬ nen aber auch als Lichtleiter oder in irgend einer anderen Form, in der sie das Licht fortpflanzen, ausgebildet sein.

Die Einrichtung 1 zur Fremdfasererkennung kann vor einem Garn¬ reiniger angebracht werden. Mit dieser Kombination ist es dann möglich, alle Stücke aus dem Garn 4 herauszuschneiden, die Fremdfasern enthalten und das Garn dann neu zu spleissen.

Ein Beispiel für die elektronischen Mittel 30 der Einrichtung 1 gibt die Fig. 5 wieder. Es zeigt die Lichtquelle 7, die Licht auf das Garn 4 wirft, und den ersten Sensor 14 für das vom Garn 4 reflektierte Licht sowie den zweiten Sensor 15 für das Licht, welches das Garn transmittiert.

In die Versorgung der Lichtquelle 7 ist ein Modulator 25 ge¬ schaltet, der das Licht mit einer gegebenen Frequenz ein- und ausschaltet, so dass an den Sensoren 14, 15 nur der dadurch ent¬ stehende Wechselanteil für die Weiterverarbeitung der Signale massgeblich ist. Vor dem Modulator 25 ist ein erster Regler 26 geschaltet, mit dem, wie später gezeigt wird, die Leistung der Lichtquelle 7 eventuellen Verschmutzungen der Messstrecke ange- passt werden kann.

Vom ersten Sensor 14 geht ein elektrisches Signal für die Inten¬ sität des reflektierten Lichtes über ein erstes Hochpassfilter

31, einen ersten Demodulator 33, ein zweites Hochpassfilter 35 und einen variablen Verstärker 37 auf einen Summierer 39. Vom zweiten Sensor 15 geht ein elektrisches Signal für die Intensi¬ tät des transmittierten Lichtes über ein drittes Hochpassfilter

32, einen zweiten Demodulator 34, ein viertes Hochpassfilter 36 und einen konstanten Verstärker 38 auf denselben Summierer 39.

Das erste und der dritte Hochpassfilter 31 bzw. 32 eliminiert jeweils den Anteil des die Sensoren 14 bzw. 15 treffenden Umge¬ bungslichtes auf das Signal für das reflektierte bzw. das trans¬ mittierte Licht und lässt nur den modulierten Anteil des

Nutzsignals durch. Die Demodulatoren 33 bzw. 34 richten diese modulierten Anteile gleich. Es entstehen Gleichstromsignale, die nur langsamen Änderungen des die Sensoren 14, 15 treffenden Lichtes folgen, aber von schnellen Änderungen überlagert werden, die durch Änderungen des Reflektionsvermögens bzw. des TransmissionsVermögens durch Fehler am Garn 4 erzeugt werden. Das zweite und vierte Hochpassfilter 35, 36 eliminiert den Gleichstromanteil dieser Signale und lässt nur die schnellen Änderungen durch. Diese werden über die Verstärker 37 bzw. 38 auf den Summierer 39 gegeben. Damit wird im Summierer 39 jeweils die Summe der Änderungen des reflektierten und des transmittierten Lichtes gebildet. Diese Grosse wird über den Ausgang FF ausgegeben und meldet, wie wir bei der Besprechung der Fig. 6 sehen werden, jeweils die Anwesenheit einer Fremdfaser.

Für die Regelung des Verstärkers 37 sollten die Ausgangssignale der Verstärker 37 und 38 gleichgerichtet werden. Der Gleichrichter 43 liefert ein negatives, und der Gleichrichter 44 ein positives Ausgangsignal. Diese beiden gleichgerichteten Signale werden im Summierer 45 summiert. Der Ausgang des Summierers 45 geht an den negativen Eingang eines zweiten Vergleichers 40, an dessen positivem Eingang ein Sollwert FS liegt, der dem Wert "keine Fremdfaser vorhanden" entspricht. Der Ausgang des zweiten Vergleichers 40 ist als Regeleingang an einen zweiten Regler 41 geschaltet, dessen Regelausgang am Steuereingang des variablen Verstärker 37 liegt, der das vom reflektieirten Licht abgeleitete Signal endverstärkt. Dadurch

gleicht der Verstärker 37 Signale über eine Reflexionsänderung derart denjenigen über eine Transmissionsänderung an, dass die Summe der Signale über die Reflexion und die Transmission Null wird, so lange keine Fremdfaser gemeldet ist. Dabei ist die Zeitkonstante des zweiten Reglers 41 so zu wählen, dass langfristige Änderungen am Garn 4 in der Verstärkung ausgeregelt werden, kurzfristige Änderungen aber wirksam werden.

Das Signal nach dem zweiten Demodulator 34, das als Gleichstrom dem von der Umgebungsstrahlung befreiten transmittierten Licht entspricht, wird an den negativen Ausgang eines ersten Verglei¬ chers 27 gegeben. Am positiven Ausgang des ersten Vergleichers 27 liegt ein Sollwert IS für die Intensität der Lichtquelle 7. Der Ausgang des ersten Vergleichers 27 wird auf den Eingang ei¬ nes ersten Reglers 26 gegeben, der mit einer so grossen Zeitkon¬ stante arbeitet, dass durch transmittiertes Licht gemeldete Garnfehler den ersten Regler 26 nicht beeinflussen. Die den er¬ sten Regler 26 beeinflussenden Änderungen im transmittierten Licht können daher nur von Verschmutzungen im Strahlengang her¬ rühren, die Intensität der Lichtquelle 7 wird durch den ersten Regler 26 unter Berücksichtigung der Verschmutzung konstant ge¬ halten.

In Fig. 5 ist ein zusätzliches Ausgangssignal GF mit dem Verstärker .42 dargestellt. Der Ausgang GF liefert ein Garnsignal, wie es vom herkömmlichen Garnreiniger her bekannt ist. Damit besteht die Möglichkeit, den Fremdfaser-Tastkopf grundsätzlich mit dem Reinigertastkopf zu kombinieren.

Die Art der Signalbildung wird in der Fig. 6 gezeigt. Hier ist unter A ein Garn 4 gezeigt, das nacheinander eine Dickstelle 50, eine Dünnstelle 51, eine dunkle Fremdfaser 52 und eine helle Fremdfaser 53 aufweist.

Unter B wird das Signal gezeigt, das am Ausgang des variablen Verstärkers 37 gebildet wird. Es stammt von dem Sensor 14 für das reflektierte Licht. Der ü gebungslichteinfluss ist elimi¬ niert. Im Demodulator 33 ist es in ein Gleichstromsignal gewan¬ delt worden und dann durch das zweite Hochpassfilter 35 und den variablen Verstärker 37 gelaufen, so dass es nur noch die kurz¬ zeitigen Änderungen des reflektierten Lichtes anzeigt. An der Dickstelle 50 zeigt es einen grossen positiven Ausschlag, da dort die reflektierende Fadenfläche gross ist. Der Ausschlag an der Dünnstelle 51 ist klein und negativ, da dort die reflektierende Fadenfläche verkleinert ist. Die dunkle Fremdfaser 52 zeigt sich als deutlicher, negativer Ausschlag, da die Fremdfaser 52 dort gegenüber dem normalen Zustand mehr Licht absorbiert: und somit der Reflexionsgrad der Faser herabgesetzt ist. Die helle Fremdfaser 53 absorbiert weniger Licht, der Ausschlag ist deutlich positiv.

Unter C wird das Signal gezeigt, wie es am Ausgang des konstan¬ ten Verstärkers 38 gebildet wird. Es stammt von dem zweiten Sensor 15 für transmittiertes Licht und hat dieselben Funktionen durchlaufen wie oben aufgeführt. An der Dickstelle 50 zeigt es einen grossen negativen Ausschlag, da dort eine grössere

Fadenfläche für das transmittierte Licht abdeckend wirkt. Der Ausschlag an der Dünnstelle 51 ist klein, aber positiv, da dort die Abdeckung geringer wird. Die dunkle Fremdfaser 52 absorbiert auch transmittiertes Licht, man erhält, wie unter B, einen deutlichen, negativen Ausschlag. Die helle Fremdfaser 53 absorbiert weniger Licht als das übrige Garn 4, der Ausschlag ist deutlich positiv.

Unter D wird das Signal FF am Ausgang des Summierers 39 gezeigt. Dieser unterdrückt an derselben Stelle des Garnes 4 auftretende Ausschläge von B und C mit unterschiedlichen Vorzeichen und hebt Ausschläge hervor, die das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen werden die Dickstelle 50 und die Dünnstelle 51 unterdrückt, die helle Fremdfaser 53 und die dunkle Fremdfaser 52 werden angezeigt. Die erfindungsgemässe Einrichtung zeigt somit Fremdfasern 52,53 an, unterdrückt aber die sonstigen Garnfehler. Dabei ist die Einrichtung wegen der Wirkung des variablen Verstärkers 37 selbstverständlich auch unabhängig von der Grundfärbung des Garnes.

In den Fig. 7 - 9 (welche den Fig. 2 - 4 der oben beschriebenen Grundausführung der Erfindung entsprechen) ist eine solche Modifikation der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Sende/Empfangskonfiguration aus einer Lichtquelle 7, zwei Lichtsensoren 14,14' für reflektiertes Licht und einem Lichtsensor 15 für transmittiertes Licht besteht. Bei dieser Ausführungsform ist im Lichtzuführer 12 ein Loch 19 vorgesehen, welches wegen seiner groben Oberfläche als Diffusor wirkt. Damit

wird das Licht der Lichtquelle 7 im Messfeld besser verteilt. Die beiden Lichtsensoren 14,14' für reflektiertes Licht ermöglichen eine bessere Messung des reflektierten Lichtes, d.h. das Nutzsignal ist grösser und die kontrollierte Oberfläche des Garnes ist ebenfalls grösser.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann durch den Einsatz von Licht unterschiedlicher Wellenlänge weiter verbessert werden. Fremdfasern können sich durch die Farbe, durch die chemische Zusammensetzung oder durch beide dieser Merkmale von den gewünschten Fasern unterscheiden. Die Farbabweichung kann mit sichtbarem Licht erfasst werden. Um ein universelles Verfahren zur Erkennung von Fremdfasern zu erhalten, welches nicht nur bei einer bestimmten Garnfarbe funktioniert, muss eine minimale spektrale Messung durchgeführt werden. Dazu sind zwei Wege möglich:

1. Die spektrale Messung erfolgt mit Lichtsensoren 14,15 die nur für einen bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts empfindlich sind. Dabei kann für den Sensor 15 für das transmittierte Licht eine andere Wellenlänge als für den Sensor 14 für das reflektierte Licht gewählt werden. Die Lichtquelle 7 dagegen emittiert Licht, welches alle Wellenlängenbereiche der verwendeten Lichtsensoren 14,15 abdeckt.

2. Die spektrale Messung kann aber mittels mehrerer Lichtquellen 7 mit engem Wellenlängenbereich durchgeführt werden, wobei diese nacheinander Licht in verschiedenen Wellenlängebereichen emittieren und die Lichtsensoren 14,15 auf sämtliche emittierten Wellenlängen empfindlich sind. Vorzugsweise werden zwei Lichtquellen 7 eingesetzt, deren Wellenlängenbereiche sich nicht überschneiden. Bei nur einer Lichtquelle 7 können Farbveränderungen innerhalb des emittierten Wellenlängebereichs nicht erfasst werden. Auch Fremdfasern deren Farbe mit dem emittierten Licht übereinstimmen können in einem weissen Garn nicht detektiert werden. Dieser sogenannte "blinde" Bereich kann durch den Einsatz einer anderen Lichtquelle 7 abgedeckt werden. Zwei Lichtquellen 7 mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen können somit Farbveränderungen innerhalb des gesamten sichtbaren Spektrums erfassen.

Wenn bei der gleichen Konfiguration eine Lichtquelle 7 im nahen Infrarotbereich (NIR) eingesetzt wird, dann können Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung erfasst werden. Baumwolle, die vorwiegend aus Zellulose besteht, zeigt eine typische spektrale Reflexionslinie bei ca. 1600 nm, die bei synthetischen Fasern, Wollfasern oder anderen Fremdkörpern fehlt. Das Signal des Lichtsensors wird abnehmen, wenn anstelle der Baumwollfaser eine chemisch anders zusammengesetzte Fremdfaser oder Fremdpartikel erscheint.

Damit ist die Aufgabe gelöst, eine Einrichtung zu schaffen, mit der durch ortsfeste Messung an einer Stelle eines bewegten Gar¬ nes Fremdfasern im Garn unabhängig von der Garnfärbung fest¬ stellbar sind.