專利名稱：用于光學掃描細長紡織材料的設備和方法
用于光學掃描細長紡織材料的設備和方法技術領域根據獨立權利要求中的陳述，本發明涉及一種用于光學掃描如紗線、 粗紗或者生條等細長紡織材料的設備和方法。本發明尤其適用于辨識細長 紡織材料中的雜質。
背景技術：
在棉花或羊毛線等紗線中，雜質是非常不受歡迎的。雜質可能會改變 紗線的機械特性，并在紡織過程中引起紗線的斷裂。染色時，雜質會與紗 線中的其余部分呈現出不同的顏色，而且這在完成的織物中很明顯，由此 使織物的質量降低。引起紗線受雜質沾污的一個例子為用于包裹原棉的 聚丙烯膜的殘留物。用于光學識別這類沾污物的設備是公知的，并且其最 好與清紗器結合應用，清紗器用于剔除紗線的缺陷，如紗線中偏厚或偏薄 的區域及沾污物。EP-0761585公開了一種已知類型的設備。待掃描紗線縱向穿過測量 狹縫，并受一光源照射。第一光接收器探測透過紗線的光，第二光接收器 探測被紗線反射的光線。對透射及反射信號進行適當處理，不僅可辨識缺 陷，而且可將缺陷分類成如偏厚區域、偏薄區域或沾污物等。EP-0553446 也解決了同樣的問題，其包含兩個光源和一光接受器，因此若有合適的時 間觸發，透射測量和反射測量也是可能的。對EP-0761585中所公開設備的進一步開發的設備顯示在
W0-2004/044579中。根據該后面的公開文件，其采用了多色彩光源。若 對接收到的不同顏色的光信號進行適當處理，可將出現在紗線中的不同雜 質相互區別開。因此情況可能是干擾雜質被去除了，而相反非干擾雜質 仍留在紗線中。使用不同波長對紡織材料進行同步光學掃描的設備也可從 CH-674379或DE-19859274中了解到。圖1表示光學探測器的輸出信號，探測器安裝在依據現有技術制造的 設備中，如DE-19859274中所公開的設備。該輸出信號被描繪為亮色紗線 長度的函數，該亮色紗線在縱向移動穿過所述設備，且包含四種不同顏色 的缺陷或標記S、 W、 R、 G，即一寬波段的強吸收缺陷(黑色，S)， 一寬波 段的強反射缺陷(白色，W)， 一紅色缺陷(R)及一綠色缺陷(G)。假設 采用寬波段的白色光源來實現照明，并且背景以寬波段方式反射如白光或 亮光。對于這類測量方法，由于光線以直接和/或散射的方式到達背景，并 且至少部分會被背景朝著探測器的方向反射和/或散射回去，因而背景是 很重要的。如圖l所示，對著白色背景，黑色缺陷可被很好地探測到。而 白色、紅色和綠色缺陷卻只會與探測器信號的原始大小間產生微弱的偏 差，因此并不是一直都能實現可靠探測。EP-0197763考慮到了背景對紗 線光學掃描結果的影響。根據該文件，以漫射的方式對紗線及其背景進行 照射，并對反射光進行探測。因此，按如下方式選擇背景使背景與紗線 具有相似的反射率(如相似的顏色)，這樣反射光的強度將只受雜質影響， 而與紗線的厚度無關。 如果使用吸收(黑色或暗色)背景來替代反射背景，則會出現與圖1 相類似的情形。這種設備也可從現有技術中了解，圖2給出了一種安裝于 這類設備中針對暗色紗線的探測器的典型輸出信號。在這種情況下，只有白色缺陷W會引起較大的信號變化，而黑色S、紅色R或綠色G缺陷卻都 很難被探測到。對于圖1和圖2中繪制的信號的比較，使得人們希望 一方面能夠在白色背景下完成測量，另一方面又能夠在黑色背景下完成測量。這樣，至 少黑色缺陷和白色缺陷能夠以可靠的方式得到探測，并彼此區別開來。根 據現有技術，這可通過串行布置兩個探測器來實現的，其中第一探測器裝 設有白色背景，第二探測器裝設有黑色背景。然而，這種串行布置的缺點在于其相對于簡單布置來說，需要雙倍空間，而且需要兩倍的制造成本。 這點將不可接受的。由于這些完全不同的白色與黑色背景事實上是不能相 互合并在一起的，因此本領域的技術人員不會知道任何其他的解決方案。 發明內容因此，本發明的目的是提出一種設備和方法，用于光學掃描細長紡織 材料，從而能夠更靈敏和可靠地識別和區分出紡織材料中的雜質。如果可 能的話，不同雜質也能被彼此區別開來。這些及其他目的可通過限定于獨 立專利權利要求中的設備和方法來實現。優選實施例則在從屬權利要求中 詳細說明。本發明克服了要將白色背景和黑色背景結合起來這個看似無法解決的 矛盾。根據本發明，其解決方法的基本概念是采用不同顏色的光對紡織 材料進行兩次光學掃描，并令所用光的顏色與背景的顏色相互匹配，從而 使得背景反射其中一種光的顏色，而吸收另一種光的顏色。因此， 一次光 學掃描對亮背景有用，而另一次光學掃描對暗背景有用。由此，本發明結 合了用亮(或白色)背景及暗(或黑色)背景進行測量的優點。本發明尤其適用于對亮色及暗色雜質實現可靠辨識。另外，本發明也 可以提供關于紡織材料和雜質顏色的有用信息。因此，本發明適用于辨別 紡織材料中所存在的不同雜質。由于在有些情況下，干擾雜質可能已被去 除，但非干擾雜質卻仍遺留在紡織材料中。因此，增加了這種機器的輸出。因此，本發明所述用于光學掃描細長紡織材料的設備包括第一光掃 描裝置，用于在第一光譜范圍內光學掃描紡織材料；及第二光掃描裝置， 用于在區別于所述第一光譜范圍的第二光譜范圍內光學掃描紡織材料。所 述第一光學掃描裝置和第二光學掃描裝置放置在背景的前面，該背景在背 景光譜范圍內進行反射，該背景光譜范圍與第一光譜范圍的交集為非空 集，而與第二光譜范圍的交集實質上為空集。在本發明所述用于光學掃描細長紡織材料的方法中，優選地，在第一 光譜范圍以及區別于該第一光譜范圍的第二光譜范圍內對紡織材料進行 光學掃描。對于所述光學掃描，可使用在背景光譜范圍內反射的背景，且 該背景光譜范圍與第一個光譜范圍的交集是非空集，而與第二個光譜范圍 的交集實質上為空集。如果在本文中提到了 "背景"，那么用該表達是指紡織材料的環境和/ 或用于進行光學掃描的光學元件的環境，從該環境光到達所用的光接收 器，不管它是通過反射還是散射的方式到達的。在一種典型設備中，如可 從EP-0761585或W0-2004/044579中了解到的，背景指例如，紡織材料
所運動經過的測量夾縫，及掃描光所指引經過的光管，或者至少是其中部 分。本文中如"光"、"光學"等術語應作最廣義的理解，不僅應理解為可見光，而且也可理解為在紫外線(UV)和紅外線(IR)等光譜范圍內的電 磁輻射。
通過參考附圖，本發明的優選實施例會在后面作更為詳細的解釋。以圖解的方式顯示在如下附圖中圖1和圖2是根據現有技術兩種設備中的探測器對于不同顏色缺陷的 輸出信號；圖3和圖5為所發射出的掃描光的光譜分布圖，及本發明所述設備中 背景的折射率，它們都是光波長的函數；圖4和圖6為本發明所述設備中兩個或三個探測器對于不同顏色缺陷 的輸出信號；圖7 — 12為本發明所述設備的不同實施例。
具體實施方式
在圖3中，通過一個實施例，對本發明的基本概念進行了示意性說明。 其中， 一方面，將用于光學掃描紡織材料的掃描光的光譜分布圖繪制成波 長的函數。所使用的是在至少兩個相互不同的光譜范圍61、 62內的掃描 光，如綠光和紅光。另一方面，本發明所述設備中取決于波長的背景的折 射率也繪制在圖3中。正如前文已提到的，由于除了探測到作用于紡織材 料的光以外，也會探測到由背景反射或散射出的光，因此背景會影響到測
量。因此根據本發明，令背景在背景光譜范圍64內進行反射，且該背景 光譜范圍64與第一光譜范圍61的交集是非空集，而與第二光譜范圍62 的交集基本上為空集。在此處所討論的實例中，背景是綠色的，并且第一 光譜范圍61全部包含在所述背景光譜范圍63內。對光譜范圍61、 62、 64的創造性選擇具有如下結果即，使用綠光進行的光學掃描相對亮色 背景來說是有效的,而使用紅光進行的光學掃描相對暗色背景來說是有效 的。由于這個原因，使用綠光進行的掃描尤其適用于辨識暗色(或非綠色) 的雜質，而使用紅光進行的掃描適用于識別亮色(或紅色)的雜質。因此， 本發明結合了使用白色(或亮色)及黑色(或暗色)背景進行測量的優點。圖4示意性地示出了使用光譜范圍61、 62、 64進行光學掃描的輸出 信號。圖4(a)所示為使用綠光相對綠色背景進行光學掃描時的輸出信號 Sc，圖4(b)所示為使用紅光相對綠色背景進行掃描時的輸出信號SR。在這 兩種情況下，輸出信號Se、 ^都被繪制成紡織材料長度1的函數，而且該 紡織材料縱向穿過本發明所述設備，包括四種不同顏色的缺陷，具體為黑 色缺陷S、白色缺陷W、紅色缺陷R和綠色缺陷G。對于綠色掃描光，黑 色缺陷S會產生一較大的信號變化，而對于紅色掃描光線，則白色缺陷W 會產生一較大的輸出信號。對于這兩個輸出信號Se、 SR，紅色缺陷R均會 產生一較大的信號變化；同時對于這兩個輸出信號Ss、 SR，綠色缺陷G均 會產生一較小的信號變化。無論在哪種情況下，通過該附圖都顯然可以看 出由于對照明與背景進行了這種有目的地匹配，至少能夠可靠識別出黑 色缺陷S與白色缺陷W，并將其彼此區分開。通過所述探測信號，也可以獲取關于紡織材料的顏色信息和/或缺陷S、 W、 R、 G的信息。尤其是在多于兩個的光譜范圍61、 62被用于進行光 學掃描的情況下。類似于圖3和圖4的表示，圖5和圖6示出了一相應的 例子，其中使用三個光譜范圍61-63進行掃描，其實質上分別對應于原色 綠色(G)、紅色(R)和藍色(B)。在該例子中，假設背景在第三藍色光 譜范圍63及第一個綠色光譜范圍61內進行反射。如圖6所示，對于每個 缺陷位置顏色R、 G、 B，該實施例為各輸出信號SB、 Se、 Sk均提供了至少 一個重大變化。這不同于圖3和圖4中的實施例，在圖3和圖4所示的實 施例中，對于兩個掃描光顏色61、 62，綠色缺陷都只產生一微弱的信號 變化，因此在一定程度上代表"盲色"。如前面己描述的，本發明并不僅限于可見光，而且也可使用IR或UV 波段內的電磁輻射。用于估計對應于各掃描光譜范圍61-63的光接收器信 號Sb、 Se、 Sb的合造算法均是已知的。圖7-圖IO示意性地示出了本發明所述設備1的各種實施例中的重要 元件。在圖7所示的實施例中，包括兩個不同的光源21、 22及一信號光接 收器3，第一光源21用于發射綠色光線51,第二光源22用于發射紅色光 線52，信號接收器3可同時接收綠色光線51及紅色光線52。光源21、 21可以是如發光二極管(LED)。與第一光源21的光線51相同， 一個背 景4 (僅示意性地畫出)是綠色的。被掃描細長紡織材料9至少近似垂直 于該附圖的平面，且沿著其縱軸穿過所述設備1。此處，用綠色光線51 進行光學掃描與用紅色光線52進行光學掃描一樣，都是在反射光線(如， 主要從被探測紡織材料處反射或散射出的光線)的下實現的。為將綠色光
線51下的測量結果與紅色光線52下的測量結果相互區分開，以連續方式 進行測量是有好處的。為實現該目的，光源21、 22可按周期性變換的方 式開啟和關閉。因此，時間周期必須選擇得足夠小，以確保綠色光線51 下和紅色光線52下被掃描紡織材料的位置(縱向)在很大程度上是相同 的，例如，紡織材料9應該以最大為毫米的若干分之一的時間周期內運動。 當然，從一個光譜范圍61到另一個光譜范圍62的切換也可用其他裝置來 實現。除了切換光源21、 22本身的開啟和關閉外，也可以在所述光源的 下游放置多個相互同步的調制器(未示出)，如所謂的測量斷路器。在另 一個實施例中(未示出)， 一彩色濾光片被放置在光接收器的上游，并且 該彩色濾光片的傳輸范圍以瞬時的方式由綠色變化到紅色，反之亦然。與圖7所示實施例相比，圖8所示實施例包括以寬波段方式發射光線 的單一光源2，如白光發光二極管。存在兩個光接受器31、 32,用于探測 不同顏色的光線。這可用一簡單的方式來實現例如，通過將第一綠色濾 光片33放置在第一光接收器31前面，并將第二紅色濾光片34放置在第 二光接收器32前面。由光源2發射出的光線(包括綠色光分量51和紅色 光分量52)，照射到紡織材料，并至少部分被該紡織材料反射和/或散射 到光接收器31、 32中。背景4還是綠色的。相對圖7所示的實施例，該 實施例具有如下優點光接收器31、 32均可連續接收各自的光線51、 52， 并可連續將其輸出信號發射出去；且不需要對掃描光線進行調制。然而， 本實施例的缺點基于這樣的事實S卩，兩個光接收器31、 32被指引到了 沿著紡織材料9外圍的不同位置。根據具體應用，可以優先選擇圖7或圖 8所示的實施例，無論在哪種情況下，均應將本發明所述設備1進行最優
化以實現預想中的應用。當然也能在所述實施例中加入更多元件，此處只示意性描述。為了能 夠將偏厚區域、偏薄區域及沾污物相互區分開，因此提供用于掃描紡織材 料厚度的厚度掃描裝置是有好處的。圖9顯示了對圖7所示實施例的進一步開發，其中附加的補充光源29即用于該目的。該補充光源29放置在紡 織材料9的另一側，這樣其光線59部分為紡織材料9所吸收，部分則射 到光接收器3中，這類似于EP-0553446中的描述。作為對圖8所示實施 例的進一步開發，圖10所示的實施例中提供有一附加的補充光接收器39。 該補充光接收器39放置在紡織材料9的另一側，這樣由光源2所發射出 的光線部分為紡織材料9所吸收，部分則發射到該補充光接收器39中， 這類似于EP-0761585中的描述。因此，只要光線可以分別被接收器3和 39探測到，補充光源29或者補充光接收器39的光譜特性的重要性較低。 因此，簡單的單色發光二級管29或簡單的寬波段硅光接收器39都可用于 這個目的。盡管圖7和圖8所示實施例中的測量均是在反射光下實現的，在圖 11和圖12中，所提到的兩個實施例卻用了反射光測量和透射光測量的相妙A ^口 口 o圖11所示實施例與圖7所示實施例相類似。在此提到了兩個不同顏 色、最好同步調制的光源21、 22，及單個光接收器3。然而，綠色光源 21照射穿過紡織材料9，所以使用綠色光線51進行的掃描是在透射光線 下實現的。相反，如圖7所示，用紅色光線52進行的掃描是在反射光線 的下實現的。背景4是綠色的。
類似于圖8所示的實施例，最后，圖12示出的實施例中使用單個寬 波段光源2及兩個選擇性探測光接收器31、 32。探測綠色光線的第一光 接收器31測量透射光，而探測紅色光線的第二光接收器32測量反射光。 由于光接收器31、 32放置在紡織材料9的兩側，必須相應地安排綠色背 景4。當然，本發明并非僅限于前面討論地示例性實施例。根據本發明的已 知技術，本領域的技術人員可進一步推導出屬于本發明主題的變化例。尤 其，也可選擇其他波長范圍用于光學掃描和背景4。也可使用多于兩個的 光譜范圍用于光學掃描。參考標記目錄1設備2光源21第一光源22第二光源29補充光源3光接收器31第一光接收器32第二光接受器33第一彩色濾光片34第二彩色濾光片39補充光接收器
4 背景51第一光譜范圍內的光線 52第二光譜范圍內的光線 59用于掃描厚度的光線61 第一光譜范圍62 第二光譜范圍63 第三光譜范圍64 背景光譜范圍 9 紡織材料
權利要求
1、一種用于光學掃描細長紡織材料(9)的設備(1)，包括第一光學掃描裝置(21，3)，用于在第一光譜范圍(61)內光學掃描所述紡織材料(9)；及第二光學掃描裝置(22，3)，用于在區別于所述第一光譜范圍(61)的第二光譜范圍(62)內光學掃描所述紡織材料(9)；其特征在于所述第一和第二光學掃描裝置(21，22，3)放置在背景(4)前面；所述背景(4)在背景光譜范圍(64)內進行反射，且該背景光譜范圍(64)與所述第一光譜范圍(61)的交集為非空集，與所述第二光譜范圍(62)的交集實質上為空集。
2、 根據權利要求l所述的設備(1)，其特征在于，所述第一和第二 光學掃描裝置(21， 22， 3)包括優選為發光二極管的光源(21， 22)及 光接受器(3)。
3、 根據權利要求2所述的設備(1)，其特征在于，所述設備(1)包括: 第一光源(21)，其在所述第一光譜范圍(61)內發射；第二光源(22), 其在所述第二光譜范圍(62)內發射；及光接收器(3)，其在所述第一光 譜范圍和所述第二光譜范圍內是敏感的；并且，其中所述第一光源(21)、 第二光源(22)及光接受器(3)的放置方式使得從所述第一光源(21)及 第二光源(22)發射出的光線(51， 52)至少能夠部分被同一光接收器(3) 探測到。
4、 根據權利要求2所述的設備(1)，其特征在于，所述設備(1)包括: 光源(61)，在所述第一 (61)和第二光譜范圍(62)內發射；第一光接收 器(31)，在所述第一光譜范圍(61)內是敏感的；第二光接收器(32)， 在所述第二光譜范圍(62)內是敏感的；其中，所述光源(2)、第一光接 受器(31)及第二光接受器(32)的放置方式使得所述光源(2)發射出的 光線(51， 52)至少能夠部分被所述第一光接收器(31)和第二光接收器 (32)探測到。
5、 根據前述任一權利要求所述的設備(l)，其特征在于，所述第一(2， 21， 3， 31)和第二 (2， 22， 3， 32)光學掃描裝置適用于同時在反射光線 下、同時在透射光線下、分別在反射光線和透射光線下、或者分別在發射 光線和透射光線的作用下對所述紡織材料(9)進行掃描。
6、 根據前述任一項權利要求所述的設備(1)，其特征在于，所述第一 光譜范圍(61)包括綠色光線；所述第二光譜范圍(62)包括紅色光線； 或者，反之亦然。
7、 根據前述任一權利要求所述的設備(1)，其特征在于，所述設備(1) 還包括第三光學掃描裝置，用于在區別于所述第一光譜范圍(61)和第 二光譜范圍(62)的第三光譜范圍(63)內光學地掃描紡織材料(9);并 且，所述第一 (61)、第二 (62)、第三(63)光譜范圍優選地分別對應于 原色紅、綠和藍。
8、 根據前述任一權利要求所述的設備(1)，其特征在于，提供有用于 探測所述紡織材料(9)厚度的光學厚度掃描裝置(29， 3; 2， 39)。
9、 根據前述任一權利要求所述的設備(1)，其特征在于，所述光學掃 描裝置(2， 21， 22， 3， 31， 32)的光軸放置在至少近似垂直于所述紡織材料(9)的縱軸的平面內。
10、 一種用于光學掃描細長紡織材料(9)的方法，其中在第一光譜范圍(61)和區別于所述第一光譜范圍(61)的第二光譜 范圍(62)內對所述紡織材料(9)進行光學掃描；其特征在于為進行光學掃描，選擇背景(4)，其進行反射的背景光譜范圍與所述 第一光譜范圍(61)的交集為非空集，與所述第二光譜范圍(62)的交集 實質上為空集。
11、 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，使用來自第一光譜范 圍(61)內的光線(51)及來自第二光譜范圍(62)內的光線(52)對所 述紡織材料(9)進行照射，并且當所述光線(51， 52)與所述紡織材料(9) 相互作用后，至少部分被同一個光接收器(3)探測到。
12、 根據權利要求ll所述的方法，其特征在于，來自所述第一光譜范 圍(61)內的光線(51)和來自所述第二光譜范圍(62)內的光線(52) 以連續的方式，更優地為以周期性變換的方式，射到所述光接收器(3)上。
13、 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，來自所述第一光譜范 圍(61)內的光線(51)及來自所述第二光譜范圍(62)內的光線(52) 同時對所述紡織材料進行照射；并且來自所述第一光譜范圍(61)內的光 線(51)與所述紡織材料(9)相互作用后，至少部分被第一光接收器(31) 探測到；來自所述第二光譜范圍(62)內的光線(52)與所述紡織材料(9) 相互作用后，則至少部分被第二光接收器(32)探測到。
14、 根據權利要求10-13中任一項所述的方法，其特征在于，在如下條 件下實現所述第一光譜范圍和所述第二光譜范圍內的掃描即，同時在反 射光線下、同時在透射光線下、分別在反射光線和透射光線下、或者分別 在透射光線和反射光線下。
15、 根據權利要求10-14中任一項所述的方法，其特征在于，所述光譜 范圍(61， 62)按如下方式進行選擇即使所述第一光譜范圍(61)實際 包含綠色光線，且所述第二光譜范圍(62)實際包含紅色光線，或者反之 亦然。
16、 根據權利要求10-15中任一項所述的方法，其特征在于，在區別于 所述第一 (61)和第二 (62)光譜范圍的第三光譜范圍(63)內對所述紡 織材料(9)進行附加光學掃描；并且優選地，所述第一 (61)、第二 (62) 和第三(63)光譜范圍分別對應于原色紅色、綠色和藍色。
17、 根據權利要求10-16中任一項所述的方法，其特征在于，再對所 述紡織材料(9)的厚度進行光學掃描。
全文摘要
用于光學掃描紗線(9)的設備(1)，包括第一光學掃描裝置(21，3)，用于在第一光譜范圍內光學掃描紗線(9)；及第二光學掃描裝置(22，3)，用于在區別于所述第一光譜范圍的第二光譜范圍內光學掃描紗線(9)。所述第一光學掃描裝置(21，3)和第二光學掃描裝置(22，3)放置在背景(4)的前面，該背景(4)在第一光譜范圍而非第二光譜范圍內進行反射。因此，本發明結合了亮背景和暗背景(4)測量的優點。因而，能夠可靠識別出紗線中的亮色雜質及暗色雜質，并且還可將不同的雜質相互區別開。
文檔編號D06H3/08GK101120244SQ200680004961
公開日2008年2月6日 申請日期2006年1月18日 優先權日2005年2月24日
發明者P·奧特 申請人:烏斯特技術股份公司