CN203894173U - 以光电原理确定纱线的特征的装置 - Google Patents

Abstract

用于光电确定纱线（9）的特征的装置（1）包括具有光轴（30）的光电纱线传感器设备（3）。所述光轴（30）位于离纱线（9）的纵轴（90）一定距离处。在所述光轴与所述纵轴之间的距离（a）例如为2-6mm。所述装置（1）允许以较高分辨率捕获到甚至很长的纱线毛羽（92）。

Description

以光电原理确定纱线的特征的装置

本申请是分案申请，其母案申请是2011年6月1日递交的中国专利申请号为201190000567.9,以光电原理确定纱线的特征的装置。 

技术领域

本发明涉及在纺织品实验室中的质量控制领域。它涉及用于确定纱线的特征，特别是毛羽的光电装置。这种装置通常使用在纺织品实验室中。 

背景技术

在由许多纤维纺织的最基本短纤维纱线情况中，单个纱线不完全结合到实际纱线主体内。它们局部地从纱线主体伸出，其成为纱线的毛羽。毛羽是重要的纱线特征，这是为什么纺织品工业对可靠和可再生产性地测量它以及对它和对测量进行分类高度感兴趣。 

用于确定纱线的毛毛羽的已知装置使用垂直于纱线的纵向方向布置的一维传感器阵列。这种装置的一个实例是申请人的设备ZWEIGLE HAIRINESS TESTER5，其已经例如描述在2009年9月的“ZWEIGLE HAIRINESS TESTER5申请手册”V1.0中。纱线用朝向对准传感器阵列引导的激光束照明。从纱线伸出的纤维将局部地遮挡住光线，以致于传感器阵列的相应传感器元件将检测到相应对少量的光线。纤维阴影在传感器阵列上的投影将分类为九个长度间隔，其中纱线主体的表面定义0点。具有线性传感器阵列的其他装置描述在US-4,948,260A、US-5,875,419A以及EP-1’621’872A2中，其中可以使用成像和非成像方法。 

根据DE-198’18’069A1，使用具有二维传感器芯片的数字照相机使用来确定纱线的毛毛羽。用照相机形成一块纱线的图像，并进行数字化以及随后分析。图像信息细分成其表示原位的纱线主体本身的信息和表示从纱线主体伸出的纤维的信息。以这样的方式保证纱线的厚度和厚度波动对毛毛羽的确定没有影响。用均匀明亮的散射背光照亮纱线。照相机经由数据线与评价设备连接。评价设备包括用于处理图像数据的计算机，用于控制 纱线抽出牵拉的控制装置，以及用于已评价数据的输出。 

EP-0’271’728A2公开了一种用于测量纱线特性的装置，其中包括毛羽。用照相机连续记录行进中的纱线的二维图像，并且选择性地进行数字化和存储。计算机单元从存储的数字图像信号确定准备检测的特性的值。可以通过比较从多次连续记录的图像获得的测量值来确定在特性方面的改变。 

其他公开号也推荐了使用用于确定纱线的毛羽的照相机，例如DE-199’18’780A1、DE-199’24’840A1、US-5,654,554A以及EP-0’754’943A2，其中根据后者记录了光学傅里叶变换的图案。 

EP-1’319’926A2公开了一种用于无接触测量运动纱线的特性的装置。为此目的在所述装置中安装了光学阵列传感器。阵列传感器与至少一部分处理和或评价阵列传感器信号所需要的电子电路一起集成在应用型专用集成电路(ASIC)中。 

WO-99/36746A1也公开了一种用于光学确定纱线厚度的装置。从一侧照亮纱线并且投射阴影到电荷耦合设备(CCD)传感器上。评价装置评价CCD输出信号。它可以与CCD集成在一起。 

发明内容

本发明的目的在于进一步改进已知的用于光电确定纱线的特征的装置。 

本发明目的通过一种以光电原理确定纱线的特征的装置来实现，其包括具有用于容纳纱线的测量间隙的光电纱线传感器设备，所述光电纱线传感器设备借由两个允许测量光从所述纱线传感器设备经过到所述测量间隙或者从所述测量间隙经过到所述纱线传感器设备的、并且不相对于彼此平行定位的平坦盖板限制抵靠所述测量间隙。 

有利的，盖板可以是传感器盖的一部分。 

有利地，光电纱线传感器设备包括光源、照明光学器件、成像光学器件、以及图像传感器，并且第一盖板限制所述光源和所述照明光学器件抵靠所述测量间隙，并且第二盖板限制所述成像光学器件和所述图像传感器抵靠所述测量间隙。 

在第一实施例中，根据本发明用于光电确定纱线的特征的装置包括具有光轴的光电纱线传感器设备。所述光轴与纱线的纵轴间隔开。在所述光 轴与所述纵轴之间的距离例如为2到6mm，并且优选地为4mm。在优选实施例中，所述光电传感器设备包括光源、照明光学器件、成像光学器件、以及图像传感器，它们联合一起限定光轴；在光传播中产生成像。所述第一实施例还允许以较高分辨率检测长的纱线毛羽。 

在第二实施例中，根据本发明用于光电确定纱线的特征的装置包括具有光源、照明光学器件、成像光学器件、以及图像传感器的光电纱线传感器。所述成像光学器件设计为将至少两个不同目标平面成像在图像传感器上的多聚焦光学器件。所述图像传感器可以是具有多个以矩阵方式设置的图像元件的二维图像传感器。基于所述第二实施例在纱线的成像中实现较高的聚焦深度。 

在第三实施例中，根据本发明用于光电确定纱线的特征的装置包括具有光源、照明光学器件、成像光学器件、以及图像传感器的光电纱线传感器。所述成像光学器件是非线性的。所述非线性成像光学器件有利地以这样的方式设计，它具有局部非恒定的并且从光轴到外部减小的成像尺寸。由所述非线性成像光学器件引入的失真可以通过在图像处理中的计算来补偿。因此不需要过度地降低用于较短纱线毛羽的分辨率，也可以检测非常长的纱线毛羽。 

在第四实施例中，根据本发明用于光电确定纱线的特征的装置包括具有用于容纳纱线的测量间隙的光电纱线传感器设备。所述光电纱线传感器设备借由两个允许测量光从所述纱线传感器设备经过到所述测量间隙或者从所述测量间隙经过到所述纱线传感器设备的、并且不相对于彼此平行定位的平坦盖板被限定朝向所述测量间隙。所述盖板可以是传感器盖的一部分。在优选实施例中，所述光电传感器设备具有光源、照明光学器件、成像光学器件、以及图像传感器。第一盖板限定所述光源和所述照明光学器件，并且第二盖板限定所述成像光学器件和所述图像传感器抵靠所述测量间隙。从而由所述盖板的非平行定位防止所产生的多次反射和幻影以及干扰。 

在第五实施例中，根据本发明用于光电确定纱线的特征的装置包括具有光电图像传感器的光电纱线传感器设备，其包括多个图像元件以及用于控制所述装置的控制设备。所述图像传感器集成在所述控制设备中。所述控制设备优选地包括处理器，并且所述处理器和所述图像传感器贴附到一个相同的印刷电路板。在优选实施例中，所述控制设备以星状方式与多个 其他部件和/或设备连接。在该实例中所述其他部件和/或设备从包括下列元件的组选择：用于照明所述纱线的光源、用于所述纱线的传送设备、优选地包括输入设备和/或输出设备的用户界面、计算机以及计算机网络。所述图像传感器优选地为二维图像传感器，并且图像元件以矩阵方式布置。在该第五高度集成实施例中根据本发明的所述装置设置有紧凑结构。在该说明书中术语“光线”不仅指电磁光谱的可见光范围(VIS)，而且指紫外光(UV)和红外光(IR)的相邻范围。 

根据本发明的装置的前述实施例可以互相随意组合。这样产生进一步特别有利的实施例。 

根据本发明的装置可以使用来确定纱线的不同特征。它可以适于确定仅单个特征或多个不同特征。根据本发明的装置的特别有利应用是光电测量纱线的毛羽。 

附图说明

下面将参考附图将更详细地解释本发明的各个方面。 

图1表示根据本发明的装置的立体图。 

图2表示根据本发明的装置的方框图。 

图3在剖视图中示例性地表示光电纱线传感器设备。 

图4示例性地表示由光电纱线传感器设备获取的图像。 

图5在剖视图中示例性地表示光电纱线传感器设备的成像单元。 

图6在剖视图中示例性地表示光电纱线传感器设备。 

具体实施方式

图1表示根据本发明用于确定纱线9的特征的装置1的外观图。所述视图示出基本上立方体的壳体11，用于引导纱线9的各个纱线引导元件12至15，用于光电纱线传感器设备3的传感器盖16，以及用于纱线传送设备4的罗拉盖17。光电纱线传感器设备3测量纱线9的至少一个参数，例如从纱线9伸出的纤维(“毛羽”)的长度。 

图2的方框图表示，从功能的观点看根据本发明的装置1具有星状结构。它的核心元件是与多个其他部件和/或设备31、4至7连接的中央控制设备2，其控制这些部件和/或设备并且评价光电纱线传感器设备3的信号。控制和信号评价的任务由处理器21、优选地由数字信号处理器(DSP)执行。处理器21与光电纱线传感器设备3连接，其确定纱线9的至少一个特征，例如它的毛羽。并且，处理器21与传送设备4连接，传送设备 4使纱线沿着它由箭头99示出的纵向方向移动通过光电纱线传感器设备。存储在处理器21中的程序控制它的致动和停止、照明强度、记录图像的检索和评价、纱线传送速度和/或其他参数。从而在装置1中控制确定纱线9的特征的顺序。控制设备2还可以与用户界面5通信，用户界面5可以包括输入设备51和输出设备52。并且，控制设备2可以与计算机6和/或计算机网络7连接并且与它们交换数据。可以经由已知标准，例如以太网或USB来发生数据交换。 

光电纱线传感器设备3包括照明单元和成像单元。照明单元包括至少一个光源31和照明光学器件32。举例而言发光二极管(LED)可以使用作为光源31。光源31发射在可见光、红外和或紫外光谱范围内的光电射线，其为了简化将在本说明书中概括为术语“光线”。照明光学器件32校准由光源31发射在纱线9上的光线。成像单元包括成像光学器件33和光电图像传感器34。图像传感器34优选地为具有多个以矩阵方式布置的图像元件(像素)的二维图像传感器34。该图像传感器34在各种技术中以集成光电部件形式在商业上可获得的，并且其已知的是例如数字照相机并且被广泛地使用。替代地，也是已知的并且包括布置在垂直于纱线的纵向轴设置的直线上的多个像素的一维阵列传感器可以使用作为图像传感器34。成像光学器件33将纱线段成像在图像传感器34上，其将被在参考图3时更详细地讨论。根据本发明，图像传感器34集成在控制设备2中。这样表示，图像传感器34和处理器21贴附到一个相同同一个印刷电路板22。结果，当记录纱线9的图像时，在同一印刷电路板22(“在板上”)发生图像传感器34的信号的评价。 

图3更详细地并且仍然在简化视图中表示光电纱线传感器设备3。光源31经由照明光学器件32照明纱线9的一段。优选地，使用了科勒照明，其从微缩复制领域是公知的，并且在此将不对其更详细地解释。合适的成像光学器件33将纱线9的段成像在图像传感器34上。为了简化照明，照明光学器件32和成像光学器件33在图3中示出为简单透镜。可以理解可以使用更复杂的光学系统，其除了透镜还包括其他光学元件，例如光圈或滤片。优选地，在光传播中产生优选地成像，即，没有插入纱线9时，光源31照亮图像传感器34，并且当纱线9已经插入时，它遮挡光线的至少一部分。在该示例性示出中，纱线9示出显示为圆形剖面的纱线主体91，从该圆形剖面每个单个纤维(“毛羽”)92放射状地径向伸出到外部。 

当纱线9的纵轴90不与光电纱线传感器设备3的光轴30交叉、但是例如以a＝2至6mm的距离并且优选地以大约a＝4mm与所述轴间隔开时，应用毛羽长度测量是有利的。所述轴向偏置a是基于这样的假设，(至少当在具体特定的纱线长度上执行进行平均时)纱线9是旋转对称的，并且因此准备测量的毛羽长度值沿着纱线圆周相等。如果该对称假设适用，那么仅需要考虑由纱线长度轴90限定的半部空间93，并且与其互补的半部空间94可以忽略。在考虑的半部空间93中，可以以更好的方式，即以更高的分辨率检查所述毛羽。 

图4示例性地表示当由二维图像传感器34记录时的各个图像。作为前述轴向偏置a的结果，纱线主体91不设置在中部中而是设置在图像的边缘。结果，伸到所见的半部空间93中的毛羽92被以更完整的方式并且以更高的分辨率投影。由于提及的对称假设，不感兴趣伸到其他半部空间94中的其他毛羽不再重要。通过借由统计学方法估算评价多个图像可以获得更精确和可靠的测量结果。从单个图像获得的测量结果可以被以任何其他方式互相叠加、平均或组合。 

在一维图像传感器34情况下，如图4所示，多个连续跟随的图像线可以首先以第一变量组合成二维图像。在此之后是评价二维图像。在第二变量中，以与上述已经针对二维图像描述的方式相同的方式处理每个一维图像。通过组合从单个图像获得的测量结果来获得最终结果。 

在毛羽长度测量中的一个问题是成像光学器件33的有限聚焦深度。它导致长毛羽92沿着光轴30的方向从纱线主体91伸出的端部离焦地投影并且将使得测量值失真的结果。为了减轻该问题，推荐使用双聚焦光学器件作为成像光学器件33。一个可能的实施例示出在图5中。平面平行板35以这样的方式插入带成像光束路径中，它仅影响光线到达图像传感器34的光线的一部分37，而另一部分36通过图像传感器34越过该平行板35。作为光束37由平面平行板35导致的平行位移的结果，用于受到平面平行板影响的光线37的目标平面39比用于不受影响光线36的目标平面38离图像传感器34更远。因此将在两个平面38、39中以尖锐锐化限定方式看到图像传感器34。平面平行板35可以是圆形的、环形的或者任何其他形状。替代地，它可以由作为非平面平行的并且能够实现双聚焦或多聚焦成像的光学元件代替。 

在进一步实施例(未示出)中，可以以非线性方式设计成像光学器件 33。一方面可以通过“裁剪制作的”“定做”非线性光学器件实现较高聚焦深度，其使得辅助方案，例如图5的平面平行板35是多余的。另一方面，非线性光学器件可以以这样的方式设计，它具有向外下降到外部的局部非恒常成像尺寸。结果，可以同时以较低分辨率检测非常长的毛羽92(举例而言具有高长达16mm的长度)和以恒定高的分辨率检测短的毛羽92。这种非线性光学器件的失真是已知的并且可以在对毛羽长度的评价中以计算方式进行补偿。 

如已经在图1中示出，光电纱线传感器设备3由固定到壳体11的传感器盖16保护免于受到来自外部的机械作用、污染和光线。图6示例性表示在测量间隙81的区域中的光线路径，纱线9沿着纵向方向通过测量间隙。测量间隙81在发射器侧上的壁和在接收器侧上的壁每个包括透明壁元件82、83作为传感器盖16的一部分。壁元件82、83允许测量光线穿过，但是将光源31和图像传感器34与测量间隙81遮挡开。根据本发明，壁元件82、83设计为平坦盖板，其不相对于彼此平行定位以便阻止不期望的多次反射并且产生幻影和干涉效应。壁元件82、83优选地以这样的方式相对于彼此倾斜，如沿着纱线的纵向方向观察，测量间隙81具有从壳体11向外逐渐变细的剖面。 

可以理解本发明不限于如上面讨论的实施例。本领域的技术人员能够通过本发明的知识推导出其他变形，其也属于本发明如在独立权利要求中限定的主题。 

参考标记列表 

1      装置 

11     壳体 

12-15  用于纱线的引导元件 

16     传感器盖 

17     罗拉盖 

2      控制设备 

21     处理器 

22     印刷电路板 

3      光电纱线传感器设备 

30     纱线传感器设备的光轴 

31     光源 

32     照明光学器件 

33     成像光学器件 

34     图像传感器 

35     平面平行板 

36,37  光分量 

38,39  目标平面 

4      传送设备 

5      用户界面 

51     输入设备 

52     输出设备 

6      计算机 

7      计算机网络 

81     测量间隙 

82,83  盖板 

9      纱线 

90     纱线的纵轴 

91     纱线主体 

92     纱线毛羽 

93,94  半部空间 

a      在光轴与纱线的纵轴之间的轴向偏置 

Claims (3)

1.一种用于光电确定纱线（9）的特征的装置（1），包括 

光电纱线传感器设备（3），其包括光源（31）、成像光学器件（33）、以及图像传感器（34），且所述成像光学器件（33）和图像传感器（34）限定光轴（30）， 

其特征在于， 

所述光轴（30）与所述纱线（9）的纵轴（90）间隔开。 

2.根据权利要求1所述的装置（1），其中在所述光轴（30）与所述纵轴（90）之间的距离（a）为2-6mm。 

3.根据权利要求2所述的装置（1），其中所述距离为4mm。