DE69223109T2 - Gerät zur Kontrolle der Verunreinigungen in einer Faserprobe - Google Patents

Description

Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft die Messung von Verunreinigungen in Faserproben. Insbesondere wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zählen, Ausmessen und Klassieren sichtbarer Fremdstoffe in Baumwolle vorgeschlagen. Diese Messungen geschehen gemäss neuen Definitionen für Fremdstoffe oder Schalenteile.
• Schalenteile und Schmutz in der Baumwolle stammen von der Ernte. Eine wichtige Aufgabe jeden Reinigungsprozesses ist das Entfernen dieser "sichtbaren Fremdstoffe" (VFM) und das Begrenzen der Abnützung durch die Reinigung. in den letzten Jahren hat der Durchsatz von Entkörnungsanlagen stark zugenommen. Für Textilfabriken der Weltklasse haben die Anforderungen an die Reinigung stetig zugenommen weil moderne Hochleistungsspinnmaschinen Schalenteile und Schmutz weniger gut verkraften. Das Entfernen von Schalenteilen und Schmutz bedeutet immer auch einen Verlust an Fasern und eine Beschädigung derselben. Offensichtlich muss für jeden Entkörnungs- und Spinnprozess eine Optimierung zwischen dem Gehalt an Schalenteilen und Schmutz sowie dem Gehalt an Nissen und Kurzfasern erreicht werden.
• Schalenteile und Schmutz sind unerwünschte Teilchen in der Textilfaser. Diese VFM beeinträchtigen nicht nur die Gleichmässigkeit und die Festigkeit des Garns sondern vermindern auch die Wirksamkeit des Herstellungsprozesses.
• Früher hat man Schalenteile und Schmutz mit langsam arbeitenden und die Schwerkraft ausnützenden Verfahren gemessen. Das bedeutet, dass die VFM entfernt und ihr Gewicht in Prozenten der Probe angegeben wurde. Solche, die Schwerkraft ausnützende Verfahren können keine Angaben über Anzahl, Grösse, Form oder Art der Schalen- oder Schmutzteile liefern. Die mit der Schwerkraft erreichbare Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit ist für heutiges sauberes Band, wo der Gewichtsanteil oft geringer als 0.1% ist und für heutige, durch die lnformationstechnik beeinflusste Verhältnisse beim Entkörnen, Spinnen und Verkaufen unannehmbar.
• Noch wichtiger ist der Umstand, dass die Anzahl Schalenteile und deren Grösse, Form und Art eine immer bessere Beschreibung des Wertes der Fasern oder der Leistung des Prozesses darstellt, als das einfache Gewicht.
• Deshalb ist es klar, dass genauere, zuverlässigere, schnellere und kostengünstigere Messungen von Schalenteilen oder Fremdstoffen, gemäss bekannten Definitionen, benötigt werden. Aber es ist auch klar, dass weitere Messungen notwendig sind. Es ist nicht länger angemessen, nach verschiedenen Verfahrensstufen Gewichtsprozente für Fremdstoffe anzugeben; es ist auch wichtig die Grössen und Arten oder Kategorien der Schalenteile (Blatt, Rinde, Gras, Samenteile, usw.) anzugeben, anzugeben wie schwierig der Fremdstoff zu entfernen ist (Reinigbarkeit), oder anzugeben ob die Schalenteile oder eine bestimmte Kategorie für einen gegebenen Textilherstellungsprozess schädlich sind.
• GB 2 095 828 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in faserigen Schichten wobei eine zusammenhängende Faserschicht nacheinander vor einem Transmissionssensor und vor einem Reflexionssensor vorbeibewegt wird um die Fehler zu zählen. Mit dieser Vorrichtung kann man Fehler in textilen Produkten erkennen, aber sie erlaubt es nicht das Fasermaterial zu prüfen, das nachher dazu verwendet wird, Garn oder andere Texilprodukte herzustellen. Die Fehler werden nur erkannt solange sie in der Faserschicht erkennbar sind.
• EP 226 430 zeigt ein Verfahren zum Messen der Menge und der Art von Fremdstoffen in einem Faserverbund indem dieser mit einer Videokamera abgetastet wird. Versteckte Fehler können mit diesem Verfahren auch nicht erkannt werden, da es zum Prüfen ganzer Faserverbunde, nicht aber zu Prüfen von Rohmaterial zum Herstellen derselben gedacht ist.
• Deshalb ist es ein Ziel dieser Erfindung, neue Messungen von Fremdstoffen in Faserproben zu ermöglichen. Ein grundsätzlich neuer physikalischer Parameter, die Anzahl Schalenteile pro Gramm Probengewicht ist offenbart. Eine verbesserte Beschreibung der Fremdstoffe und dadurch verbesserte Qualität und Rentabilität wird die Folge der verbreiteten Anwendung dieses Parameters und seiner Erweiterung zu Grösse, Form und Kategorien der Art sein.
• Es ist eine weiteres Ziel, grundsätzlich andere Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Zahl/Gramm, Grösse, Form und Art anzugeben. Diese Verfahren und Vorrichtungen verkörpern Mittel zum Präsentieren vereinzelter Fremdstoffteilchen vor optischen Sensoren.
• Und es ist ein wichtiges Resultat dieser Erfindung, dass eine verbesserte Messung des prozentualen Gewichtsanteils von Fremdstoffen in Faserproben, also des bekannten beschreibenden Parameters, mit verbesserter Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit für saubere Faserproben erreicht werden kann.
• Die vorliegende Erfindung erreicht die vorgenannten und andere Ziele, die im Zusammenhang zur Erkennung von Schalenteilen stehen, indem eine Vorrichtung angegeben wird, in der eine Probe mit Schalenteilen und Fasern gewogen und anschliessend zur Bestimmung von Schalendaten verarbeitet wird. Ein Vorzeigesystem, eine Trennstufe und vorzugsweise ein Luftfördersystem mit Düse zeigt im wesentlichen alle Schalenteile aus der Probe in einem Erkennungsraum 50 vor, dass sie optisch erfasst werden können. Ein optischer Sensor erkennt im wesentlichen alle Schalenteile wenn sie im Erkennungsraum vorgezeigt werden und ein Ausgangssignal wird erzeugt, das wenigstens die Anwesenheit eines Schalenteils im Erkennungsraum angibt. Dieses Ausgangssignal wird einem Rechner zugeführt, der analog/digital- Wandler enthält da er analoge Signale erhält. Ausgehend vom Ausgangssignal des Sensors bestimmt der Rechner mindestens eine Anzahl Schalenteile und berechnet die Anzahl Schalenteile pro Gewichtseinheit der ursprünglichen Probe. Dann gibt der Rechner Daten in der Form einer Anzahl Schalenteile pro Gewichtseinheit der Probe aus.
• in der vorzugsweisen Ausführung erkennt der optische Sensor die Anwesenheit eines Schalenteils und misst bei jedem Schalenteil eine Eigenschaft. Diese Eigenschaft entspricht der Grösse des Schalentells. Der optische Sensor gibt einen oder mehrere Werte (v) aus, die einer projizierten Fläche entsprechen. Normalerweise erhalten die bevorzugten Verarbeitungseinheiten die Werte (V) und geben Daten die der Zahl und der Grösse der Schalenteile entsprechen aus. Die Verarbeitungseinheiten berechnen insbesondere aus der erfassten Eigenschaft (V) eine Projektionsfläche (wie später defininert) für jedes Schalenteil, wobei für verschiedene Teilchengrössen verschiedene Gleichungen verwendet werden. insbesondere benützen die Verarbeitungseinheiten eine Gleichung für kleine Teilchen und eine andere Gleichung für grosse Teilchen, wobei der Unterschied zwischen kleinen und grossen Teilchen durch einen Schwellwert für die erfasste Eigenschaft definiert wird. Mit anderen Worten, ist der Wert (V) kleiner als der Schweiwert, wird das Teilchen als kleines Teilchen behandelt. Sonst wird es als grosses Teilchen behandelt.
• In der bevorzugten Ausführung berechnet die Verarbeitungseinheit auch eine Zahl kleiner Teilchen pro Gewichtseinheit der Probe (vorzugsweise Anzahvgramm) und getrennt eine Zahl grosser Teilchen pro Gewichtseinheit der Probe. Beide Zahlen werden auch als Daten ausgegeben.
• Das Gewicht der Schalenteile korreliert mit der Summe der Projektionsflächen. Deshalb berechnet und meldet die vorzugsweise Verarbeitungseinheit auch das insgesamt voraussehbare Gewicht der Schalenteile in der Probe und aus der Summe der Projektionsflächen den prozentualen Anteil an sichtbaren Fremdstoffen (VFM). Zusätzlich berechnet und meldet die Verarbeitungseinheit den effektiven mittleren projizierten Durchmesser der Schalenteile. Wie hier verwendet, bedeutet "effektiver Durchmesser" einen experimentell mit quadratischen Maschen eines Siebes ermittelten Durchmesser. Teilchen die durch quadratische Maschen mit einer Öffnung von X mal X hindurchtreten, die aber durch die nächstkleineren Maschen mit einer Öffnung von Y mal Y zurückgehalten werden, werden mit einem effektiven Durchmesser von Öffnung von Y mal Y zurückgehalten werden, werden mit einem effektiven Durchmesser von (X - Y)0.5 gekennzeichnet. Die Projektionsfläche ist das Quadrat des effektiven Durchmessers und wird später als "E-O" (elektro-optische) Einheit definiert.
• In der bevorzugten Ausführung ist ein Lichtsensor vorgesehen um Licht, das von einer Quelle erzeugt wird zu erfassen und um, wenn ein Teilchen zwischen der Quelle und dem Lichtsensor hindurchbewegt wird, die Abschattung zu messen und daraus ein Ausgangssignal (V) zu erzeugen. Solche elektrooptische Verfahren offenbaren zusätzliche Eigenschaften eines Teilchens wie Geometrie oder Form, Feinheit, Zusammensetzung und Art. Mit diesen Informationen und bekannten Eigenschaften von Schalenteilen wie Baumwolischalen kann man die Teilchen als Laub, Samenhülle, Gras, Rinde usw. identifizieren. Zum Beispiel kann man deshalb Daten ausgeben, die die Anzahl Schalenteile pro Gramm der Probe (Anazhl/Gramm) angeben, für die der effektive Durchmesser grösser als 500 Mikrometer ist und die aus Laub bestehen. Als anderes Beispiel kann man die Anzahl Schalenteile pro Gramm für Schalenteile angeben, die länger als 1000 Mikrometer und dünner als 100 Mikrometer sind und deren V&sub4;&sub0;/V&sub0; Verhältnis kleiner ist als 0.85, wobei V&sub4;&sub0; Licht das mit 40º vorwärts gestreut ist und V&sub0; abgeschattetes Licht im Winkel von 0º, beide zur Ausbreitungsrichtung des Lichts gemessen, bedeutet. Wenn solche Messungen gemacht werden, wird man erkennen, dass das Vorzeigen des Teilchens für die Messung, auch das Zählen, Ausmessen und Bestimmen der Art solcher Schalenteilchen erleichtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe der folgenden genauen Beschreibung von vorzugsweisen Ausführungen unter Hinweis auf die Zeichnungen am besten verstanden werden. Es zeigen:
• FIGUR 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Erkennung von Schalenteilen;
• FIGUR 2 ein kleines Schalenteilchen und einen Sensor;
• FIGUR 3 ein grosses Schalenteichen und einen Sensor;
• FIGUR 5 eine Aufsicht eines Schalenteilchens;
• FIGUR 6 eine Vorderansicht eines Schalenteilchens über Eck gesehen;
• FIGUR 7 eine Grafik bei welcher die Wahrscheinlichkeit auf der Y-Achse und die normalisierte Projektionsfläche eines Schalenteihens auf der X-Achse angezeigt ist;
• FIGUR 8 eine Grafik die den Durchmesser eines Teilchens auf der X-Achse und die durch das Teilchen in einem Sensor verursachte Spannung auf der Y-Achse anzeigt;
• FIGUR 9 eine geteilte Grafik mit informationen ähnlich jener in Figur 8; Vorrichtung 10 zum Erkennen von Schalenteijen in einer Faserprobe 12 die Fasern und Schalenteile enthält. Die Probe 12 wird zuerst auf eine Waage 14 gelegt, wo ein auf Druck (oder Gewicht) ansprechender Wandler 16 ein Signal in der Leitung 18 erzeugt, das dem Gewicht der Probe entspricht. Das Signal in der Leitung 18 wird einem Rechner 20 zugeführt, der geeignete A/D-Wandler für ein analoges Gewichtssignal enthält. Der Rechner 20 berechnet und speichert das Gewicht der Probe 12 ausgehend vom Signal in der Leitung 18.
• Dann wird die Probe 12 durch einen mechanischen Bandformer 21 oder von Hand in eine langgezogene Form gebracht, die man gemeinhin als Band bezeichnet und das Band wird durch eine Leitung 22 einem Vereinzler/Trennapparat 24 zugeführt, wie er von der Zellweger Uster Inc. verkauft wird. Die Faserprobe gelangt zwischen Trennräder 26 und 28 sowie Kardengarnituren 27 und andere bekannte Elemente im Trennapparat 24, die Fasern von Schalenteilen trennen. Die Schalenteile werden von Leitungen 30 und 32 aufgenommen. Wie Pfeile in den Leitungen 30 und 32 angeben, ist in den Leitungen 30 und 32 in der Nähe der Trennräder 26 und 28 eine Luftströmung vorhanden, die vermeidet, dass Teilchen in die Leitungen 30 und 32 geschleudert werden. Diese Luftströmung wir gemeinhin als Gegenstrom bezeichnet und die Leitung wird als Gegenstromspalt bezeichnet. Die Luft des Gegenstromes fördert Fasern zurück, die in die Leitungen 30 und 32 geschleudert wurden, aber die Trennräder vermitteln den Schalenteilen eine genügend hohe Geschwindigkeit, so dass diese den Gegenluftstrom überwinden und Umkehrpunkte 31 und 33 erreichen, wo die Schalentellchen vom Luftstrom in den Leitungen 30 und 32 übernommen und in der Gegenrichtung zum Gegenluftstrom gefördert werden. Es ist klar, dass die Umkehrpunkte 31 und 32 kleine Räume in den Leitungen 30 und 32 darstellen wo die Schalenteile entweder zu den Zylindern 26 und 28 zurückgeführt oder herausbefärdert werden. Es ist ebenso klar, dass die Grösse der Teilchen die herausbefördert werden angepasst werden kann.
• Die Fasern werden von der Leitung 34 aufgenommen und der Leitung 36 übergeben, in der ein vakuumgetriebener Luftstrom vorhanden ist. In gleicher Weise übernimmt ein vakuumgetriebener Luftstrom in der Leitung 38 die Schalenteile von den Leitungen 30 und 32 und fördert diese. Der Trennapparat 24 ist zum Trennen und Vereinzeln der Schalenteile und der Fasern ausgebildet, so dass praktisch alle Schalenteile einzeln der Leitung 38 und praktisch alle Fasern einzeln der Leitung 36 zugeführt werden. Obwohl mechanisch-pneumatische Trennung der Schalenteile von den Fasern und die Abgabe an getrennte Luftströme vorgezogen wird, ist es denkbar, die Teile der Probe 12 mechanisch zu vereinzeln und zusammen an einen einzigen Luftstrom abzugeben, wo sie durch optische Mittel unterschieden oder erkannt werden. Mit anderen Worten könnten die Teile durch optische Mittel in Kategorien Schalenteile und Fasern getrennt werden.
• Die Schalenteile in der Leitung 38 werden an den optischen Sensor 40 abgegeben wo sie durch eine Düse 46 für die Messung bereitgestellt werden, wobei sie Licht durchqueren, das durch eine Lichtquelle 42 erzeugt und durch einen optischen Sensor 44 erfasst wird. Dann werden die Teilchen von einer Saugdüse 48 erfasst und in einem durch Unterdruck erzeugten Luftstrom in der Leitung 49 entfernt. Wenn die Schalentejichen den Sensor 40 durchqueren, durchqueren sie auch einen Messraum 52 in dem sie eine zufällige Lage einnehmen. Die Düse 46, die die Teilchen beschleunigt und die Düse 48 die die Teilchen verzögert, sind so ausgebildet, dass die Teilchen im Messraum eine im wesentlichen zufällige Lage einnehmen. Das im Sensor 44 erfasste Licht wird als Spannung über die Leitung 53 zum Rechner 20 geführt, der A/D-Wandler aufweist, die das Signal in geeigneter Weise empfangen und einführen. In der vorzugsweisen Ausführung sind der Sensor 44 und die Lichtquelle 42 zum Erkennen der Abschattung des Lichtes durch ein Teilchen angeordnet, das den Messraum 52 durchquert. Streulicht oder eine Kombination können ebenfalls verwendet werden. Obwohl die vorzugsweise Ausführung in erster Linie im Hinblick auf die Erfassung der Abschattung von Licht beschrieben ist, soll der Sensor 44 als Kombination verstanden werden, die durch die Teilchen im Messraum 52 vorwärtsgestreutes, rückwärtsgestreutes und abgeschattetes Licht erfasst.
• Ein vergleichbarer elektro-optischer Sensor so ist bei der Leitung 36 vorgesehen um sichtbare Eigenschaften der Fasern, wenn sie den Sensor 50 durchqueren, zu erfassen. In dieser Anordnung ist es möglich, eine einzige Probe einzugeben und vielfältige Daten (SS/MD) über Fasern und Schalenteile zu erhalten. Die Sensoren 40 und 50 sind im wesentlichen gleich mit der Ausnahme, dass der Sensor 50 eine Einspritzdüse 56 und eine Saugdüse 58 aufweist, die so ausgebildet sind, dass die Faser gerichtet wird, wenn sie den Sensor 50 durchquert. Die Fähigkeit die Faser auszurichten ist insbesondere bei der Messung von Fasern nützlich aber nicht unbedingt notwendig. Insbesondere im Falle von Schalenteilen ist es nicht notwendig diese in irgendeiner speziellen Winkelstellung auszurichten bevor sie in den Messraum 52 gelangt. In der Tat ist es besser, Schalenteile in einer zufälligen Lage vorzuzeigen.
• Der Sensor 40 ist über eine Leitung 49 und der Sensor 50 über eine Leitung 60 an eine Vakuumpumpe 62 angeschlossen, die das benötigte Vekuum oder den Unterdruck zur Erzeugung eines Luftstromes, wie oben beschrieben, liefert. Ein Filter 59 ist oberhalb der Pumpe 62 in die Leitung 49 eingebaut um alle Schalenteile zu sammeln. Ein Filter 61 ist in die Leitung 60 eingebaut um alle Fasem zu sammeln. Für jede gegebene Probe 12 können die Fasern und die Schalenteile getrennt von den Filtern 59 und 61 zurückgewonnen werden um manuell analysiert, beispielsweise auf der Waage 14 gewogen zu werden. Diese manuelle Analyse ist in erster Linie zur Eichung des Instrumentes im Hinblick auf Messungen und Berechnungen, die sich auf Ausgangssignale der Sensoren 40 und 50 stützen, sowie die Überprüfung oder Ergänzung optischer Messungen zu verwenden.
• In FIGUR 2 ist ein kleines Teilchen 64 gezeigt, das sich dem optischen Sensor 44 nähert. Es ist zu beachten, dass das kleine Teilchen 64 eine Fläche aufweist, die viel kleiner als die Breite des Sensors 44 ist. Deshalb geht man davon aus, dass das durch das Teilchen 64 abgeschattete Licht, wenn das Teilchen vor dem Sensor 44 erscheint, von der Projektionsfläche des Teilchens abhängt.
• In FIGUR 3 ist ein grosses Teilchen 66 gezeigt, das sich dem Sensor 44 nähert. Wenn das Teilchen 66 vor dem Sensor 44 vorbeigeht, ist zu beachten, dass es den Sensor 44 überbrückt. Deshalb wird der Umfang, des durch das Teilchen 66 abgeschatteten Lichtes, das sonst durch den Sensor 64 erfasst worden wäre, proportional zum effektiven Durchmesser des Teilchens 66 sein.
• in den Figuren 4, 5 und 6 ist ein typisches Schalenteil 68 in einer Seitenansicht, einer Aufsicht und einer Frontansicht gezeigt. Die meisten Schalenteile haben eine Flockenform wie etwa in den Figuren gezeigt, und deshalb ist zu bedenken, dass die Ansicht oder die Darstellung eines Schalenteiles 68 stark von seiner Orientierung vor dem Sensor abhängt. Dies könnte nahelegen, dass aus der Lichtabschattung gewonnene Daten, welche vom Sensor 40 ausgegeben werden, nur beschränkt nutzbar sind.
• FIGUR 7 zeigt eine Grafik, die die Wahrscheinlichkeit angibt, mit welcher ein Schalenteilchen wie das Teilchen 68 sich in der Normatellung oder der Stellung senkrecht dazu, wie in FIGUR 5 gezeigt, darbietet. Eine Kurve 70 zeigt die Wahrscheinlichkeit für die verschiedenen Stellungen, wenn es die Möglichkeit hat, sich frei um eine Achse zu drehen. Die Normastellung wird demnach nur während etwas mehr als 14% der Zeit auftreten. Eine Ansicht, die nur einen Zehntel der normalen Projektionsfläche zeigt, kommt gemäss der Voraussage nur während etwa 3% der Zeit vor.
• Wenn das Schalenteilchen die Möglichkeit hat sich um zwei orthogonale Achsen frei zu drehen, so wird das Schalenteilchen 68 die Normalstellung, wie durch die Kurve 72 vorausgesagt, während weniger als 2% der Zeit einnehmen. Während etwa 9% der Zeit wird dagegen nur etwa 10% der normalen Projektionsfläche sichtbar sein. Entsprechend würde eine Ansicht von 15% der normalen Projektionsfläche während 7.5% der Zeit auftreten und eine Ansicht von 20% würde während 7% der Zeit sichtbar sein. Ausgehend von Kurve 72, muss damit gerechnet werden, dass von einem Teilchen, das eine zufällige Orientierung aufweist, nur selten die normale Ansicht gesehen werden kann. Deshalb ktnnte wiederum erwartet werden, dass das Auftreten eines im wesentlichen zufällig orientierten Schalenteilchens vor einem optischen Sensor ein Detektionssignal ergibt, das keine brauchbare Angabe über die Grösse enthält, weil diese selten sichtbar wird.
• Trotzdem zeigen experimentelle Resultate, wie sie die FIGUR 8 zeigt, dass das Licht- Abschattungssignal aus dem Sensor 44 mit dem effektiven Durchmesser eines Teilchens gut korreliert und deshalb auch mit der Projektionsfläche des Teilchens gut korrelieren wird. Für die in FIGUR 8 gezeigte Funktion sind auf der Y-Achse die mittleren Spitzenspannungen des Sensors 44 und auf der X-Achse die Teilchendurch messer aufgetragen. Die wirklichen Durchmesser der vorliegenden Teilchen für diesen Test wurden manuell ermittelt indem die Teilchen durch die Maschen eines Siebes mit immer kleinerer Maschenweite hindurchgelassen wurden. Die runden Symbole geben grafisch Daten für Glaskugeln, die sphärisch sind, und die viereckigen Symbole geben grafisch Daten für Schalenteichen an. Es ist zu beachten, dass die mittleren Spitzenspannungen gut mit den Durchmessern für Schalenteilchen und Glaskugeln korrelieren. (Die in FIGUR 8 gezeigten Spannungssignale werden durch zwei Verstärker erzeugt wobei derjenige mit der höheren Empfindlichkeit eine 12.5-fache Verstärkung gegenüber dem tieferempfindlichen Verstärker aufweist. Die Angaben sind auf die höhere Empfindlichkeit umgerechnet. Zwei Stufen sind notwendig, um einen grossen Dynamikbereich abzudecken.)
• In FIGUR 9 entsprechen die Kurventeile 74 und 76 den Kurven der FIGUR 8, aber die Kurventeile wurden der besseren Klarheit wegen auseinandergezogen. Bezugnehmend auf die FIGUR 9 ist zu bedenken, dass die Funktionsbeziehung zwischen dem Ausgang des Sensors 44 und der Grösse der Teilchen für grosse und kleine Teilchen verschieden ist. Für kleine Teilchen steht die Ausgangsspannung (V) des Sensors 44 zur Grösse der Teilchen in einer Beziehung, die durch eine Gleichung der Form V = a + bX + cX² dargestellt werden kann, wobei X eine Dimension des Teilchens wie der effektive Durchmesser bedeutet. Insbesondere kann die Beziehung für Baumwoll-Schalenteilchen, die kleiner als 488 Mikron sind, folgendermassen definiert werden: V 0.0000303X² + 0.00475X - .0403. Für grosse Teilchen ist die Beziehung durch eine Gleichung der Form V = mX + b definiert. Insbesondere gilt für Baumwoll- Schalenteilchen mit einem Durchmesser der gösser ist als 488 Mikron eine Beziehung gemäss der Formel: V = .0313X - 5.78.
• Kurz zusammengefasst: Vereinzelte Schalenteilchen, wie sie in den FIGUREN 2-6 und dem zugehörigen Text beschrieben sind, erzeugen Signale in den Leitungen 53 wenn sie den optischen Sensor 40 der FIGUR 1 durchlaufen. Der Rechner 20 zählt mindestens diese Signale, die natürlich Schalenteile betreffen und erzeugt, zusammen mit dem Probengewicht neue grundlegende Daten, die aus dem Zählwert pro Gramm der Probe bestehen. Aber diese Signale in den Leitungen 53 stellen nicht nur Zählwerte pro Gramm Schalenteile dar, sondern sie enthalten auch Informationen über die Grösse, Form, Zusammensetzung und Ausrichtung. Siehe auch die internationale Anmeldung WO-A-91/14169. Diese detaillierte elektro-optische Angabe könnte dazu verwendet werden, das Gewicht jeden Teilchens zu bestimmen. Die Multiplikation mit dem Zählwert/Gramm für eine bestimmte Grössenklasse und eine Summierung über alle Grössenklassen der Teilchen würde das gesamte Gewicht der Schalenteilchen ergeben. Eine Division durch das Probengewicht führt dann zu einer Voraussage über VFM%.
• Glücklicherweise haben unsere Nachforschungen ein einfacheres und eleganteres Verfahren um VFM% vorauszusagen ergeben, das nur das durchschnittliche Abschattungssignal benützt. Die FIGUREN 8 und 9 stellen genau die notwendigen und genügenden Eichwerte von Proben mit bekannter Grösse, Form und Zusammensetzung dar. Die Ausrichtung ist ebenfalls in der Eichung mitberücksichtigt.
• Der erste Schritt beim Messen einer unbekannten Probe besteht darin, dass man einen effektiven Durchmesser D für jedes Spannungssignal eines Schalenteuchens berechnet. Insbesondere benützt der Rechner 20 aus FIGUR 1 das Abschattungssignal des Sensors 40 um eine eindimensionale Messgrösse D (effektiver Durchmesser) für jedes Teilchen zu messen. Beispielsweise kann aus den FIGUREN 8 und 9 entnommen werden, dass eine Abschattungsspitzenspannung von 9.5 Volt im Schnitt Schalenteihen mit einem effektiven Durchmesser von D = 488 Mikrometern entspricht. Wichtig ist dabei, dass dieser Schnitt alle Effekte wie Grösse, Form, Zusammensetzung und Ausrichtung berücksichtigt. Diese Umwandlung von Spannungen zu effektiven Durchmessern D aus der FIGUR 8 wird vom Rechner 20 durchgeführt, der dazu Tabellen oder quadratische und lineare Gleichungen wie oben beschrieben benützt.
• Der zweite Schritt besteht darin, die E-O Einheiten gemäss folgender Definition zu berechnen:
• E-O Einheit = (D/1,000)²
• Dies entspricht der projizierten Fläche in Quadratmillimetern für jedes Schalenteilchen. Der dritte Schritt besteht darin, alle E-O Einheits-Anteile aller Teilchen aufzusummieren.
• Als Bestätigung dafür, dass dieses Verfahren für Schalenteile gültig ist, können die FIGUREN 10a und b angesehen werden. Die Y-Achse der FIGUR 10a stellt das üblicherweise gravimetrisch ermittelte Gewicht sichtbarer Fremdstoffe VFM% dar. Das Schalenmaterial wurde im Filter 59 der FIGUR 1 erfasst.
• E-O Einheiten auf der X-Achse werden für den grossen abgedeckten Bereich des Anteils an Schalenteilen als stark mit VFM% korrelierend betrachtet. Dieses Ergebnis stützt die Annahme, dass das Gewicht pro Schalenteil proportional zu seiner E-O Einheit ist. Diese Annahme ist auch aus physikalischen Gründen plausibel. Schliesslich haben die zusammengerechneten E-O Einheiten pro Gramm auch eine gefühlsmässig befriedigende Deutung: Zusammengerechnete E-O Einheiten in Quadratmilmetern stellen die Projektionsfiäche der Schalenteile, welche pro Gramm der Probe enifemt wurden, dar.
• In FIGUR 11 sind die Ergebnisse für fünf typische Proben von Baumwolasern wiedergegeben. Die erste Kolonne mit der Überschrift "Rep" gibt die Probennummer oder die Wiederholungsnummer an. Unter "Sample Size" ist das Gewicht der ursprünglichen Baumwollprobe in Gramm angegeben. In der nächsten Kolonne mit der Überschrift "Total" ist die Zahl der Schalenteilchen pro Gramm der ursprünglichen Probe angegeben. In der nächsten Kolonne ist der "Mean Size", d.h. der mittlere effektive Durchmesser aller Schalenteilchen für jede Probe in Mikrometern angegeben. Dann, ist eine Kolonne mit "Dust" (Staub-)Informationen in Zählwerten pro Gramm vorgesehen. Der Rechner 20 bestimmt diese Zählwerte indem er die Anzahl Teilchen unterhalb einer bestimmten Grösse (mit einem Sensorausgangssignal (V) das kleiner als eine Schwelle ist) zählt und diese durch das Gesamtgewicht der ursprünglichen Probe in Gramm dividiert. In der nächsten mit "Trash" überschriebenen Kolonne ist eine Angabe über die Anzahl Teilchen, die grösser als eine vorgegebene Grösse (mit einem Sensorausgangssignal (V) grösser als eine Schwelle) sind, zu finden. In Baumwolle werden Teilchen mit einer mittleren Grösse die kleiner als 500 Mikrometer ist, als Staub und grössere Teilchen allgemein als Schmutz- oder Schalenteile betrachtet. Deshalb gibt es in der vorzugsweisen Ausführung Ausgangswerte für Staub und Schalenteile. Aber es muss daran erinnert werden, dass der Ausdruck "Schalenteile", wie er hier allgemein verwendet wird, sich auf alle nicht-faserigen Stoffe in der Probe bezieht und deshalb Staub und Schmutz einschliesst. Diese verwirrende Terminologie ist durch frühere Messmittel und Definitionen begründet und überwiegt unglücklicherweise in der Industrie. In der letzten Kolonne ist ein berechneter Prozentsatz sichtbarer Fremdstoffe (VFM) aufgeführt, d.h. die traditionelle Messeinheit für Schalenteile in Baumwollfasern. Die Berechnungen werden mit elektro-optischen Einheiten wie oben beschrieben gemacht.
• Die drei letzten Zahlen jeder der genannten Kolonnen zeigen den Mittelwert aus fünf Wiederholungen, die Standardabweichung und den CV-Wert in Prozenten an.
• Im unteren Teil der Darstellung in FIGUR 11 sind zwei Grafiken zu sehen, für welche der Zählwert pro Gramm an der X-Achse und die Grösse (effektiver Durchmesser) an der Y-Achse angegeben ist. Die erste Grafik in der Ecke links oben bezieht sich auf die Skala links oben. Die zweite Grafik in der unteren Ecke rechts benützt die Skala unten rechts in der Darstellung. Diese Grafiken zeigen die Grössenverteilung der Schalenteilchen in einer Faserprobe, aber die Daten wurden für jede Teichengrösse zu Zählwerten pro Gramm Probenmaterial vereinheiuicht. ln der Ecke oben rechts ist eine grafische Darstellung, ein Quadrat, gezeigt, das E-O Einheiten darstellt, die die Projektionsfläche von Schalenteilen in einer Probe angeben.
• Die obenbeschriebene Ausgabe ist für die Art der Ausgabe durch die Vorrichtung 10 typisch. Es ist zu beachten, dass der Zählwert pro Gramm für Schalenteile für die gesamte Probe und für besondere Kategorien von Schalenteilen, nämlich Grössenklassen angegeben ist. Entsprechend können Zählwerte pro Gramm auch für andere Kategorien oder Arten von Schalenteilen oder Proben angegeben werden. Beispielsweise erhält der Rechner 20 auch elektrooptische Daten vom Sensor 50 über saubere Fasern und bestimmt elektro-optisch den Zählwert und das Gewicht. So kann die Vorrichtung 10 wahlweise auch Zählwerte von Schalenteilen pro Anzahl sauberer Fasern und Zählwerte von Schalenteilen pro Gramm sauberer Fasern abgeben.
• Obwohl die vorliegende Erfindung in erster Linie im Hinblick auf die Vorrichtung gemäss FIGUR 1 beschrieben wurde, ist sie so zu verstehen, dass die wesentlichen Aspekte der Erfindung nicht in irgendeiner Art auf eine solche Vorrichtung beschränkt sind.
• Schliesslich ist es nützlich zu wissen, dass für die neuen Angaben wie Zählwerte von Schalenteilen pro Gramm Probengewicht, das Gewicht der Faserprobe auch elektro-optisch durch den Fasersensor 50 in FIGUR 1 gemäss den Angaben aus der internationalen Anmeldung WO-A- 91/14169 ermittelt werden kann.

Claims (15)

1.Vorrichtung zur Überwachung von Schmutz-und Schalenteilen in einer Probe (12) mit Schalenteilen (68) und Fasern, mit: Wägemitteln (14,16) zum Bestimmen des Gewichtes der Probe (12) und zur Erzeugung von Gewichtsdaten in Gewichtseinheiten, einem Trennapparat (24) zum Trennen der Schalenteile von den Faserteilen und zum Vereinzeln der Schalenteile, einem Messraum (52) zum Erfassen vereinzelter Schalenteile, einem Mittel (46) zum vereinzelten Eingeben im wesentlichen aller Schalenteile der Probe in den Messraum in einem Zustand, der die optische Erfassung erlaubt, einem Mittel (40) zur optischen Erfassung im wesentlichen aller Schalenteile, die von den Fasern getrennt in den Messraum eingegeben werden und zum Erzeugen eines Ausgangssignales, das mindestens im Messraum vorhandene Schalenteile angibt und einem Mittel (20) zur Verarbeitung, das Gewichtswerte und Ausgangssignale des Mittels zur optischen Erfassung erhält, das einen Zählwert für mindestens einen Teil der Schalenteile ermittelt, das den Zählwert durch das Gewicht der Probe teilt und die Werte in der Form von Zähiwerten von Schalenteilen pro Gewichtseinheit der Probe ausgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das genannte Mittel zur optischen Erfassung, die Anwesenheit von Schalenteilen und eine Eigenschaft, die dem projizierten effektiven Durchmesser entspricht, misst, ein Ausgangssignal (V) abgibt, das der gemessenen Eigenschaft entspricht und das genannte Mittel zur Verarbeitung, zum Ausgeben von Daten arbeitet, die dem Zählwert und der erfassten Eigenschaft des Schalenteils entsprechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das genannte Mittel zur Verarbeitung, weiter aus der erfassten Eigenschaft jeden Schalenteiles, für jedes Schalenteil eine Projektionsfläche berechnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Verarbeitung weiter den projizierten effektiven Durchmesser derienigen Schalenteile, die ein Sensorausgangssignal (V) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes erzeugen, gemäss einer Formel der Form V = mx + b und den projizierten effektiven Durchmesser von Schalenteilen, die ein Sensorausgangssignal (V) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerte erzeugen, gemäss einer Formel der Form: V aX² + cX + d misst, wobei a, b, c, d und m konstanten sind und X die projizierte effektive Fläche von jedem Schalenteil ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Mittel zur Verarbeitung, ausgehend von den erfassten Eigenschaften jeden Teilchens in mindestens einem Teil der Schalenteile und vom Zählwert der Teilchen in jenem Teil, das Gewicht vorausbestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Mittel zur Verarbeitung den Prozentsatz sichtbarer Fremdstoffe (VFM) ausgehend vom Zählwert und den erfassten Eigenschaften im wesentlichen aller Schalenteile vorausbestimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Verarbeitung für jedes Schalenteil, ausgehend von der erfassten Eigenschaft, eine Grösse sowie einen ersten Zählwert pro Gewicht der Probe für Schalenteile in einer ersten Grössenklasse und einen zweiten Zählwert für pro Gewicht der Probe für Schalenteile in einer zweiten Grössenklasse berechnet und den ersten und den zweiten Zählwert pro Probengewicht ausgibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei diese erste Grössenklasse Schalenteile mit einer erfassten Eigenschaft enthält, die kleiner ist als ein vorgegebener Wert, der dem grössten Schalenteil entspricht, das noch als Staub betrachtet werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Verarbeitung Schalenteile zählt, die erfasste Eigenschaften aufweisen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen sowie einen Zählwert pro Gewicht der Probe für Schalenteile berechnet, die eine erfasste Eigenschaft in einem vorgegebenen Bereich haben und diesen Zählwert pro Gewicht der Probe ausgibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Verarbeitung einen mittleren Wert für die Grösse für im wesenuichen alle Schalenteile in der Probe berechnet und diesen mittleren Wert für die Grösse ausgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit: dem Mittel zur Verarbeitung, das die Schalenteile in mindestens eine eigene Kategorie einordnet, das die Schalenteile in dieser Kategorie zählt um einen auf die Kategorie bezogenen Zählwert zu erhalten und die Daten ausgibt, die dem auf diese Kategorie bezogenen Zählwert entsprechen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei diese Daten einen Zählwert pro Gewicht der Probe aufweisen, der der betreffenden Kategorie zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit: einem Mittel zum Erfassen einer Eigenschaft ausschliesslich von Fasern, die Faserdaten ergeben und zum Eingeben der Faserdaten in die Mittel zur Verarbeitung, und dem Mittel zur Verarbeitung, das die Daten in der Form von Zählwerten als Funktion der Faserdaten berechnet und ausgibt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei diese Eigenschaft der Zählwert für Fasern ist und dieses Mittel zur Verarbeitung Daten in der Form eines Zählwertes von Schalenteilen pro Zählung der Fasern berechnet und ausgibt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei diese Eigenschaft das Gewicht von sauberen Fasern ist und dieses Mittel zur Verarbeitung Daten in der Form von Zählwerten von Schalenteilen pro Gewicht der sauberen Fasern berechnet und ausgibt.