专利名称：连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法和设备及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在线状物体在光发射器与接收器之间的光的流动中移动的情况下，连续检测线状物体特别是纺织纤维(例如纱线(yarn)、线(thread)或线束)的粗细和/或均匀性的方法和设备。本发明还能够适用于诸如塑料和其他聚合物之类的其他材料的线和物体。辐射接收器并有CCD或CMOS辐射传感器或由规律分布的光敏元件构成的其它类型的图像传感器，其通过评估图像传感器的各元件的照度的等级并且根据被遮蔽元件的数目确定线状物体的实际粗细来扫描移动的线状物体的图像。本发明还涉及应用上述方法的设备，所述设备由辐射发射器和接收器构成。发射器包含位于辐射的流动中的辐射的图像传感器，而线状物体穿过发射器与接收器之间的辐射流。评估设备被连接到图像传感器。
背景技术：
用来检测移动的线状纺织物体的粗细和/或均匀性的已知设备依据通过光敏元件(光电二极管、光电晶体管)测量光量的原理工作。LED被用作为光源。这个方法的缺点是它仅能够检测线状纺织线的相对粗细。改进的原理使用例如根据专利CZ 286113的(XD/CM0S线性辐射传感器。这种类型的设备还动态地控制辐射的强度，从而改进了设备对尘埃的抗扰性(immunity)。优点是线性传感器能够检测线状物体特别是纺织线的真实粗细。此方法的缺点是辐射源与CCD/CMOS传感器之间的距离小(不超过几个mm)并且需要将线放置在测量场中的固定位置，这需要使用稳定和导向元件。线状物体的位置直接影响传感器上图像的尺寸，并且因此还影响所检测到的粗细。

发明内容
根据本发明的方法和设备通过显著地改进光的质量和由传感器所获得的图像的后续评估而移除或者显著地减少了现有技术的缺点。此发明的第一方法在于被放置在准直透镜(或更多的透镜)的焦点中或放置在准直镜(抛物柱面镜)的焦点中的点光源(激光二极管、或LED和被放置在LED前面的快门的组合)的使用。透镜生成光的准直(平行)射束。此解决方法的优点在于将图像传感器放置在是当前现有技术情况下若干倍的距离处的可能性。这个精确定义的光(准直射束)还简化了来自传感器的图像信号的处理。激光二极管是合适的点光源。它的优点如下:单色光(能够简化不必针对颜色缺陷进行光学校正的准直元件)，允许获得清晰图像的非常小的发射表面(例如与LED相比)，允许它容易集成在测量设备中的激光二极管的小尺寸。为了实现通用激光二极管的发射性能的长期恒定稳定性，使用光学传感器(即光电二极管)来监测输出辐射的强度是合适的。为了防止屏蔽用来照亮辐射接收器的主光束，有必要将光学传感器放置在合适的位置，在该合适的位置，使用了来自激光二极管的外围光或反射的残余光(来自准直兀件或福射传感器、光学滤波器、镜子或盖玻片)。由于它易于集成、价格以及市场中的可得性，使用在一个壳体中具有集成光电二极管的激光二极管是方便的。具有光电二极管的激光二极管通常具有三个出口(outlet)- 一个单独出口用于激光二极管(取决于连接的类型为阳极或阴极)，第二个单独出口用于光电二极管(再次为阳极或阴极)，以及第三个出口是用于激光二极管和光电二极管的公共电源极。基于来自光电二极管(连同激光二极管一起被集成在一个壳体中)的信号，在闭合调节电路中对激光二极管的场电流进行控制。当例如由于温度的影响或者由于激光二极管的老化输出辐射的强度降低时，光学传感器的输出上的信号也降低。调节电路通过增加激光二极管中的电流来响应来自光学传感器的信号的降低。以这种方式，平衡了激光二极管辐射强度的原始降低。如果由于任何其他缺陷(例如，环境温度的反转改变)发生激光二极管辐射强度的不希望的降低并且光电二极管输出信号也增加，则反馈调节电路通过减小激光二极管的场电流来作出响应，通过这样增加被平衡了。存在两种基本类型的激光二极管:边发射二极管或VCSEL 二极管。VCSEL激光二极管的优点在于它们较低的阈值电流，并且在于能够仅通过不必基于反馈信号进行调节的恒定电流来控制它们的功率的事实。VCSEL 二极管还持续更久并且在比边发射激光二极管更高的温度工作。VCSEL 二极管的缺点是它们更糟的可达性和价格较高。点光源的另一个示例是LED，类型RCLED (共振腔发光二极管)。这种光源具有较长寿命并且比通用激光二极管更易于控制。基于特定要求，以下特征可以被用作为准直元件:
1.单球面透镜:合宜价格；较低精度(更糟的光束准直)
2.两个球面透镜(双合透镜)或三个球面透明(三合透镜)的系统:其优点是更好的准直，增加发射器与接收器之间的距离同时维持测量的精度的可能性，球面光学器件的良好可用性；缺点是它的较高价格
3.两个圆柱球面透镜的系统:与在I之下所描述的那些相同的优点和缺点
4.非球面透镜:对具有小焦距的透镜来说高质量准直信号还允许增加发射器与接收器之间的距离，使发射器的尺寸保持紧凑；缺点:较高的开发成本，优点:低价格
所有已知的现有技术方法都将LED用作为光源。因为LED它本身不是点光源，所以它不能够产生光的准直(平行)射束。在没有光的准直射束的情况下，不可能实现发射器与接收器之间的较高精度和较长距离。发射器与接收器之间的较长距离带来几个优点，例如将线状物体特别是纺织线放置在测量场中的任何地方并且在测量的过程期间移动它的可能性(在没有使用导向元件来固定线状物体的情况下，这是其他现有技术方法所需要的)。导向元件的去除消除了线的磨损，并且尤其在纺织纤维的情况下，还减少了尘埃的产生。较长距离也是有利的，因为它减少了尘污的影响并且有助于维护和清洁。准直射束的优点在于线状物体的图像保持不变，而不管线状物体在测量场中的位置(水平且垂直地)的事实。除由发射器所产生的有用辐射之外，接收器还接收非期望的环境光，该非期望的环境光消极地影响来自图像传感器的输出信号。因此，应该将环境光的影响减到最小。所提出的方法在环境光的消除方面提供了两个新的解决方法。
1.使用光学滤波器(光学带通滤波器或上光栅)。光学带通滤波器将仅在一定范围的波长-在这种情况下仅接近于光源的波长的波长-内的光透射到图像传感器。环境光通常包含整个光谱，并且因此滤波器消除大部分环境光。有时能够仅使用上光栅，例如能够选择不可见光谱(红外波段)中的光源波长并且仅消除可见光谱。2.环境光的影响还能够通过适当地降低图像传感器的灵敏性并且确保来自辐射源的光流动的足够强度来减少。图像传感器的灵敏性由生产技术给出，并且在很大程度上还由各光敏元件的表面给出。如果使用具有快门的高性能LED或激光二极管，则能够选择低灵敏性的图像传感器，确保有用的光流动比非期望的环境光的流动更强。当安装设备时，使用光学抗反射涂层覆盖辐射源与传感器之间的光学表面以避免光学表面之间的寄生反射是方便的。抗反射层显著地减少了背向反射(寄生)辐射落到图像传感器上，并且因此减小了传感器上线状物体图像的变形。第二个方法使用面光源(一个或多个LED)，在所述面光源前面，能够放置散光片以确保穿过它的光的均匀性。当光落到将光聚焦到快门的光学元件上并且因此仅平行光线穿过快门时，即不允许倾斜光线落到图像传感器上，接收器用作平行光线的滤波器。这个系统再次允许发射器与接收器之间的较长距离。针对第一个方法所列举的所有优点也适用于第二个方法。另一个优点是光学滤波器的去除，因为接收器仅接受垂直光线，并且通过发射器它本身避免了环境光从这个方向的进入。当前的现有技术在接收器侧不使用光线滤波器，并且因此不能够实现高质量图像和精度以及发射器与接收器之间光的较长距离。所提出的解决方法(第一方法和第二方法两者)的另一个优点是来自辐射传感器的信号通过由可方便编程的逻辑场(FPGA、PLD)构成的评估电路进行处理。可编程逻辑场允许信号的快速处理。在当前的现有技术中，来自传感器的信号由微处理器专门处理。不像微处理器，在此发明中所使用的可编程逻辑场使用并行处理，其允许我们实现整个设备的更高速度，并且还允许与外部控制器进行通信和控制例如由发射器所发射的光量。所有这个被同时地完成，即一个处理不会延迟另一个处理。可编程逻辑场能实现比相同价格类别的微处理器更快的数据处理。使用可编程逻辑场，我们因此能够实现来自传感器的图像的更高频率的处理。更高的采样频率允许我们使用该设备来测量以更高速度移动的线。当前现有技术的某些其他设备在一个芯片上集成了辐射传感器和信号处理电路(集成ASIC型电路)。此解决方法的缺点是信号处理电路的固定功能和高的开发成本。发射器和接收器被放置在一个共享盒子中或者单独地放置并且用电缆连接。能够对所述方法进行组合，以便提高精度或者以便实现环境光的更好滤波，即能够使用来自方法I的发射器和来自方法2的接收器。非常通用的CXD传感器能够被用作为图像传感器。CXD传感器的优点是其可达性，缺点是模拟输出(其需要被外部地转换为数字信号)，需要采用辅助电路、电源电压的量以及相对高的能量消耗。由于这些原因，本发明采用现代传感器。CMOS型传感器是广泛可利用的和经济的。它们的优点是直接在传感器的芯片中集成了 A/D转换器，这有助于信号的进一步处理。另一个优点是与通用C⑶传感器相比它的更高速度。CMOS传感器的缺点是信号与噪声之间的距离小，这降低了传感器的动态范围。CMOS传感器的另一个优点是单一供电电压的使用。为了实现测量的更高速度和精度同时维持CMOS传感器的有利属性，使用现代NMOS(Live M0S)、JFET LBCAST, sCMOS(可伸缩的/科学的CMOS)传感器的属性是合适的。当将它们集成在小型设备中时它们降低的消耗是优点，并且它们不需要冷却系统。当前的现有技术采用单行或多行图像传感器，所述图像传感器在其盖玻片的平面与由辐射从发射器到接收器的流动方向所给出的平面垂直的位置放置在接收器中。图像传感器的这样的定向在图像传感器在测量设备内部的集成方面是非常不利的。在设备的壳体内的印刷电路板(或多个板)通常与由光线从发射器到接收器的流动给出的平面平行。在这样的情况下，有必要将图像传感器垂直地安装到印刷电路板。对于基本印刷电路板和图像传感器的位置的这个要求不允许图像传感器在印刷电路板上的易于安装，因为图像传感器必须被安装在印刷电路的单独的板上并且通过导体或连接器连接到基本印刷电路板。必须精确地定义图像传感器相对于其他部件的位置。图像传感器的此定向显著地将测量设备的整个机械解决方法变复杂了，增加了它的复杂性并且降低了精度。本发明允许直接在印刷电路板上的图像传感器连同其他电路非常方便的位置。这个改进是基于平面镜(或半透明镜)的使用的，平面镜(或半透明镜)改变了来自发射器的光线到接收器的流动的方向，允许我们将图像传感器直接地放置在基本印刷电路板上。这确保了图像传感器的非常简单和有效的安装。当前现有技术的另一个缺点是缺少对来自图像传感器的光的强度的分布进行限定的功能。使用本解决方法，能够将关于图像传感器的各元件(像素)的亮度信息传送到所描述的测量设备的输出。此信息允许用户例如设置设备的工作参数或者移除可能的缺陷。例如，其允许我们检测辐射强度的降低或外部光学表面上的过量的尘埃。当发送关于各传感器元件的亮度的信息时，有必要维持照度水平的至少8个等级的分辨率。更高的分辨率对图像传感器上的亮度水平的显影提供了更精确的信息，这允许工作参数的更精确设置或缺陷的更有效移除。


图1 -示例I的实施方式图 图2 -示例2的实施方式图
图3 -示例3的实施方式图 图4 -示例4的实施方式图 图5 -不例5的实施方式图 图6 -示例6的实施方式图 图7 -示例7的实施方式图 图8 -示例8的实施方式图 图9 -示例9的实施方式图 图10 -根据示例10的实施方式的轴测视图 图11 -根据示例11的实施方式的侧视图
图12 -示出了根据示例12的在设备输出处所读取的单行图像传感器的亮度分布13 -示例13的实施方式图 图14 -示例14的实施方式图 图15 -示例15的实施方式图 图16 -示例16的实施方式图。
具体实施例方式示例 I
图1示出了基本实施方式的图。诸如激光二极管之类的单色点光源I被放置在准直元件2例如透镜(球面透镜或双合透镜或一对柱面透镜)的焦点。在自透镜的输出上产生了准直光束11。放置在射束立中的纤维4的图像落到光学带通滤波器11上，并且穿过光学带通滤波器I!落到(XD/CM0S传感器2上。来自传感器的图像由可编程逻辑场M处理并且在输出上记录。示例 2
图2示出了前一种类型的实施方式的修改，其中点光源被用使用快门迎的面光源丛(例如LED)替换，其实际上模拟了如示例I中所描述的点光源。示例 3
图3不出了镜2被放置在光学传感器2前面的实施方式。在该镜子与光学滤波器11和传感器2之间存在45度的角度。实施方式的这种方式可以例如便于紧凑设备中的集成。示例 4
图4示出了实施方式的另一个方式，其中光落到设备的相同部分中的发射器和接收器上，然而纤维4和镜2被放置在此部分红外部。镜2在从设备的该部分指向的方向上被放置在纤维4后面。镜2将图像往回反射通过光学滤波器U，通过半透明镜将图像导向传感器2。半透明镜丛和传感器2对可以被放置在光源I与准直元件I之间，这允许我们使用具有较小范围的传感器I并且因此实现传感器2的更高速度以及随后实现整个设备的更高速度。示例5
图5示出了包含用作为准直元件的离轴抛物柱面镜3的实施方式的图。示例 6
图6图示了根据第二方法的实施方式，将面光源丛(一个或多个LED)用作为发射器丛，将半透彻(translucent)散光片β放置在它的前面以便使来自源丛的光变均勻。接收器I!由聚焦元件Z和处于此元件的焦点的快门S构成。快门S仅透射平行光线，即垂直地落到接收器I!上的光线，而所有其他的光线被过滤掉。这是远心系统的简单形式，远心系统移除远景并且因此允许用户将纤维4放置在测量场中的任何地方，同时它的图像保持不变。在快门S后面的光线连同线4的图像一起落到光学传感器2上，图像随后被处理。示例7
关于图7，准直元件益(例如，透镜或抛物柱面镜)被添加到设备，甚在构建该设备时可能是有用的(当移动传感器2时图像的尺寸恒定)。示例 8
图8示出了使用镜2的实施方式的另一个可能性，其在需要设备的紧凑尺寸情况下可能是方便的。可以用点镜(尺寸I _或更小)替换镜￡和快门i该点镜被放置在聚焦元件Z的焦点。还可以用准直镜替换镜L由于对传感器2的距离进行调节的可能性这可能是方便的。示例 9
图9示出了激光二极管翌和光电二极管在一个壳体益中的构造。光立的主光线来自光电二极管ZL并且落到准直元件I上。残余光的射束迷来自相对侧的激光二极管迪并且落到光电二极管ZL上。激光二极管组的电极中的一个从壳体用弓I线连接到出口迪。光电二极管的电极中的一个从壳体用引线连接到出口 22。壳体迎增加了激光二极管和光电二极管的共享出口巡。来自光电二极管的出口盌用引线连接到电路丑，该电路丛基于来自光电二极管冱的信号来控制激光二极管迆中的电流，并且因此还控制激光二极管迆的发光性能。示例10
图10示出了设备的另一个方便实用的实施方式。点光源I被放置在准直元件2的焦点。在准直元件2与点光源I之间，光束立的光线发散了。在准直元件2后面，光束的光线是平行的立(或几乎平行)。纤维4被插入平行射束11中。具有纤维4的阴影的平行光束立落到光学滤波器11上并且随后通过镜2被反射到图像传感器2。图像传感器2连同其他部件一起被便利地放置在印刷电路板迆上。这个板迎还包括可编程逻辑场M。来自图像传感器2的信号被处理并且带到出口 1￡。示例 11
图11表示在单色点光源1、准直元件I光学滤波器U、平面镜2以及图像传感器上具有光学抗反射涂层迎的示例 ο的变体，消除了来自这些光学平面的寄生反射。示例12
图12图示了区分照度强度的256个等级的行图像传感器的各元件(像素)的照度水平。示例13
图13表示实施方式的经修改的基本变体的图。单色点光源I例如激光二极管被放置在准直元件cI例如透镜(球面透镜或双合透镜或一对柱面透镜)的焦点。准直光束立生成在来自透镜的输出上。被放置在射束立中的纤维4的图像被投射到图像传感器L在没有改变被测量物体的阴影的尺寸的情况下，纤维4能够改变它在测量场M内的位置。来自传感器的图像由评估电路迪处理，并且结果被呈现在输出上。示例 14
图14图示了对示例13进行修改的实施方式，其采用了使用快门迪的面光源丛(诸如LED)代替点光源，真实地模拟了根据示例13的点光源的使用。示例15
图15示出了第二方法的修改，其将来自源垃(一个或多个LED)的面光源用作为发射器边，将半透彻散光片&放置在它前面以便使光垃变均匀。被均匀化的光束由准直元件2引导。接收器II由聚焦元件I和处于此元件的焦点的快门§构成。快门S仅透射平行光线，即垂直地落到接收器H上的光线，而所有其他的光线被过滤掉。它是远心系统的简单形式，远心系统移除远景并且因此允许用户将纤维4放置在测量场中的任何地方，同时它的图像保持不变。在快门8后面的光线连同纤维4的图像一起落到光学传感器2上。在没有改变被测量物体的阴影的尺寸的情况下，纤维4能够改变它在测量场M内的位置。图像然后被处理。示例16
关于图16，准直元件益(例如，透镜或抛物柱面镜)被添加到示例15中所描述的设备，这在构建该设备时可能是方便的(当移动传感器2时图像的尺寸恒定)。工业话用件
本发明可以被主要地用在纺织工业中以控制纺织纤维和其他线状纺织产品的质量并且测量其粗细，然而，本发明还可以被用来测量由其他材料例如合成纤维和聚合物纤维制成的物体和线以及其他一般的线状物体的质量。附图标记的列表
1-单色点光源
2-准直元件
3-图像传感器
4-纤维
5-抛物柱面离轴镜
6-半透彻散光片
7-聚焦元件
8-快门
9-平面镜
10-半透明镜
11-光学滤波器
12-光束
13-根据第一方法的发射器
14-根据第一方法的接收器
15-单色面光源
16-根据第二方法的发射器
17-根据第二方法的接收器
18-可编程逻辑场
19-输出
20-快门
21-包含发射器和接收器二者的设备的部分
22-准直元件
23-具有集成光电二极管的激光二极管的壳体
25-激光二极管
26-残余光的射束
27-光电二极管
28-来自壳体的激光二极管出口29-来自壳体的光电二极管出口
30-激光二极管和光电二极管的共享出口
31-反馈调节电路
32-印刷电路板
33-光学抗反射涂层
34-测量场
权利要求
1.一种连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法，将光源用作为发射器(13)的一部分，并且使用光学扫描器来扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:至少一个点光源(I)使用准直元件(2)或抛物柱面离轴镜(5)来引导，这使光束(12)穿过光学滤波器(11)并且垂直地落到传感器(3)上，同时落到所述传感器(3)上的被照明纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，能够沿着光的流动改变所述准直元件(2)与所述传感器(3)之间的距离，并且由所述传感器(3)所扫描到的值由可编程逻辑场(18)进一步处理并传送到输出(19)。
2.一种连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法，将光源用作为发射器(13)的一部分，并且使用光学扫描器来扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:其使用光的至少一个面源(15)，所述光穿过快门(20)并且然后使用准直元件⑵或抛物柱面离轴镜(5)引导以使光束(12)穿过光学滤波器(11)并且落到传感器(3)上，同时落到所述传感器(3)上的被照明纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，能够沿着光的流动改变所述准直元件(2)与所述传感器(3)之间的距离，并且由所述传感器(3)所扫描到的值由可编程逻辑场(18)进一步处理并传送到输出(19)。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于:所述接收器(14)还包含平面镜(9)，所述平面镜(9)被放置在所述传感器(3)前面并且将所述光束(12)反射到所述传感器⑶。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:所述平面镜(9)在45度的程度下将所述光束(12)反射到所述传感器(3)。
5.一种连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法，使用光源和光学传感器来扫描由作为单个单元(21)的一部分的源所发射的光，所述单个单元(21)包括发射器和接收器二者，其特征在于:点光源(I)或具有快门(20)的面光源(15)的光线使用准直元件⑵或抛物柱面离轴 镜(5)引导，使变均匀的光束(12)穿过半透明镜(10)并且然后穿过光学滤波器(11)并落到平面镜(9)上，所述平面镜(9)在从所述光源(I)指向的方向上被放置在纤维(4)后面，而且，通过来自所述镜(9)的背向反射，照亮的纤维的阴影连同所述光束(12) —起落到所述半透明镜(10)上，并且然后它被反射到传感器(3)，同时落到所述传感器(3)上的所述照亮的纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，能够沿着光(12)的流动改变所述准直元件(2)和/或所述镜(10)和/或所述镜(9)与所述传感器(3)之间的距离，并且由所述传感器(3)所扫描到的值由可编程逻辑场(18)进一步处理并传送到输出(19)。
6.一种连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法，将光源用作为发射器(16)的一部分并且使用光学传感器来扫描由作为接收器(17)的一部分的源所发射的光，其特征在于:其包括光的至少一个点源(15)，所述光通过散光片(6)而变均匀，并且经调节的光束(12)和纤维(4)相交，并且连同纤维的阴影一起落到聚焦元件(7)上，通过所述聚焦元件(7)所述光传递到快门(8)并且然后到传感器(3)，同时落到所述传感器(3)上的被照明纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，能够沿着光的流动改变所述纤维(4)与所述聚焦元件(7)和/或所述纤维(4)与所述散光片(6)之间的距离，并且由所述传感器(3)所扫描到的值由可编程逻辑场(18)进一步处理并且传送到所述输出(19)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:准直元件(22)被放置在所述快门(8)与所述传感器⑶之间。
8.根据权利要求6和7所述的方法，其特征在于:将所述光束(12)反射到所述传感器(3)的平面镜(9)被放置在所述快门(8)与所述传感器(3)之间。
9.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为发射器(13)的一部分，并且光学传感器用于扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述发射器(13)包括至少一个点光源(I)和引导射束(12)中的来自所述源(I)的所述光的准直元件(2)或抛物柱面离轴镜(5)，所述射束(12)与纤维(4)相交，并且在所述纤维⑷后面，此射束(12)落到包括光 学滤波器(11)和传感器(3)的所述接收器(14)上，同时所述射束(12)落到所述滤波器(11)和所述传感器(3)上，使得由被照明纤维(4)所投的阴影的粗细对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，可以沿着光的流动改变所述准直元件(2)或所述离轴镜(5)与所述传感器(3)之间的距离；所述设备还包含可编程逻辑场(18)，用于处理由所述传感器(3)所记录的值和数据输出(19)。
10.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为发射器(13)的一部分，并且光学传感器用于扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述发射器(13)包括至少一个面光源(15)、通过生成光锥来模拟点光源的快门(20)、以及引导射束(12)中的经调节的光的准直元件(2)或离轴镜(5)，所述射束(12)和纤维(4)相交，并且在所述纤维(4)后面，此射束(12)落到包括光学滤波器(11)和传感器(3)的所述接收器(14)上，同时所述射束(12)落到所述滤波器(11)和所述传感器(3)上，使得由照亮的纤维(4)所投的阴影的粗细对应于所述纤维(4)的真实粗细，作为其结果，可以沿着光的流动改变所述准直元件(2)或所述离轴镜(5)与所述传感器(3)之间的距离；所述设备还包含可编程逻辑场(18)，用于处理由所述传感器(3)所记录的值和数据输出(19)。
11.根据权利要求9和10所述的设备，其特征在于:所述接收器(14)进一步包括平面镜(9)，所述平面镜(9)被放置在所述传感器(3)前面，其中所述平面镜(9)将所述光束(12)反射到所述传感器(3)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于:在所述平面镜(9)与所述传感器(3)之间存在45度的角度。
13.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，使用光源和光学传感器来扫描由作为一个单元(21)的一部分的源所发射的光，所述单元(21)包括发射器和接收器二者，其特征在于:所述单元(21)包括点光源(I)或使用快门(20)的面源(15)和准直元件(2)、半透明镜、光学滤波器(11)以及传感器(3)，其中，来自所述源(I)的光通过所述准直元件(2)而变均匀，在所述准直元件(2)后面，所述半透明镜被放置在所述光束流动(12)的方向上，并且所述纤维被放置在所述单元(4)外部，并且在所述纤维(4)后面在从所述准直元件指向的方向上，存在将光往回反射到半透明镜(10)并且然后到所述传感器(3)的平面镜(9)，其中，被照明纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的实际粗细；所述设备进一步包括可编程逻辑场(18)，用于处理由所述传感器(3)所获得的值和数据输出(19)。
14.根据权利要求9、10以及13所述的设备，其特征在于:所述准直元件(2)是球面透镜或双合透镜或一对柱面透镜。
15.根据权利要求9和13所述的设备，其特征在于:所述点光源(I)是激光二极管。
16.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为发射器(16)的一部分，并且使用光学传感器来扫描由作为接收器(17)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述发射器(16)包括至少一个面光源(15)和用于光束(12)中的光的均匀化的散光片￠)，所述光束(12)和纤维(4)相交并且在所述纤维(4)后面落到所述接收器(17)上，所述接收器(17)包括聚焦元件(7)、仅透射落到所述聚焦元件上的光的平行光线的快门⑶以及传感器(3)，其中，所述聚焦元件(7)与所述快门⑶之间的距离对应于所述快门(8)与所述传感器(3)之间的距离，并且被照明纤维(4)的阴影对应于所述纤维(4)的真实粗细；所述设备进一步包括可编程逻辑场(18)，用于处理由所述传感器(3)所获得的值和数据输出(19)。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于:准直元件(22)被放置在所述快门(8)与所述传感器(3)之间。
18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于:将所述光反射到所述传感器的平面镜(9)被放置在所述快门(8)与所述传感器(3)之间。
19.根据权利要求16所述的设备，其特征在于:所述聚焦元件(7)包括球面透镜或双合透镜或一对柱面透镜。
20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于:所述准直元件(22)包括球面透镜或双合透镜或一对柱面透镜。
21.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为发射器(13)的一部分，并且使用光学传感器来扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述`发射器(13)包括至少一个点光源(I)和引导射束(12)中的来自所述源⑴的光的准直元件⑵和/或抛物柱面离轴镜(5)，所述射束(12)和纤维(4)相交，并且在所述纤维(4)后面，所述射束(12)落到包括图像传感器(3)的所述接收器(14)上，而且当所述纤维移动穿过测量场(34)时，被投射在所述图像传感器(3)上的所述纤维的阴影的粗细是恒定的，来自所述图像传感器的信号在评估电路(35)中被进一步处理并且传到数据输出(19)。
22.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为所述发射器(13)的一部分，并且使用光学传感器来扫描由作为接收器(14)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述发射器(13)包括至少一个面光源(15)、通过生成光锥来模拟点光源的快门(20)、以及引导射束(12)中的来自所述源(I)的所述光的准直元件⑵和/或离轴镜(5)，所述射束(12)和纤维(4)相交，并且在所述纤维⑷后面，所述射束(12)落到包括图像传感器(3)的所述接收器(14)上，而且当所述纤维移动穿过测量场(34)时，被投射在所述图像传感器(3)上的所述纤维(4)的阴影的粗细是恒定的，来自所述图像传感器的信号在评估电路(35)中被进一步处理并且传到数据输出(19)。
23.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，使用光源和光学传感器来扫描由作为单个单元(21)的一部分的源所发射的光，所述单个单元(21)同时用作为发射器和接收器，其特征在于:所述单元(21)包括点光源(I)或使用快门(20)的面源(15)，并且进一步包括准直元件(2)、半透明镜以及传感器(3)，其中，来自所述源(I)的光由所述准直元件(2)引导，在所述准直元件(2)后面，所述半透明镜被放置在所述光束(12)的流动的方向上，同时所述纤维位于所述单元(4)外部，并且在从所述准直元件(2)指向的方向上在所述纤维(4)后面，存在将所述光束往回反射到所述半透明镜(10)并且然后到所述传感器(3)的平面镜(9)，而且当所述纤维移动穿过测量场(34)时，被投射在所述图像传感器⑶上的所述纤维⑷的阴影的粗细是恒定的，来自所述图像传感器的信号在评估电路(35)中被进一步处理并且传到数据输出(19)。
24.一种用于连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的设备，将光源用作为发射器(16)的一部分，并且使用光学传感器来扫描由作为接收器(17)的一部分的源所发射的光，其特征在于:所述发射器(16)包括至少一个面光源(15)、用于所述光的均匀化的散光片出)、以及引导光束(12)的准直元件(2)，其中，来自所述发射器(16)的所述光束(12)和纤维(4)相交并且在所述纤维(4)后面落到所述接收器(17)上；所述接收器(17)包括聚焦元件(7)、仅透射落到所述聚焦元件上的光的平行光线的快门(8)、以及图像传感器(3);当所述纤维移动穿过测量场(34)时，被投射在所述图像传感器(3)上的所述纤维(4)的阴影的粗细是恒定的，来自所述图像传感器的信号在评估电路(35)中被进一步处理并且传到数据输出(19)。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于:准直元件(22)被放置在所述快门(8)与所述传感器(3)之间。
26.根据权利要求21所述的设备，其特征在于:所述接收器(14)进一步包含平面镜(9)，所述平面镜(9)被放置在所述传感器(3)前面，以便将所述光束(12)反射到所述传感器⑶。
27.根据权利要求22、24或25所述的设备，其特征在于:所述接收器(14)进一步包含平面镜(9)，所述平面镜(9)被放置在所述传感器(3)前面，以便将所述光束(12)反射到所述传感器⑶。
28.根据权利要求9或13所述的设备，其特征在于:所述点光源(I)包括一个壳体(23)中具有集成光电二极管(27)的激光二极管(25)。
29.根据权利要求9或13所述的设备，其特征在于:所述设备包括反馈调节电路(31)，所述反馈调节电路(31)基于来自监测光电二极管(27)的信号在反馈中对来自激光二极管(25)的光束(12)的强度进行调节。
30.根据权利要求9、10或13所述的设备，其特征在于:所述准直元件(22)是非球面透镜。
31.根据权利要求17所述的设备，其特征在于:所述聚焦元件(7)是非球面透镜。
32.根据权利要求18所述的设备，其特征在于:所述准直元件(22)是非球面透镜。
33.根据权利要求9、11或13所述的设备，其特征在于:所述点光源(I)与所述传感器(3)之间的一个或多个光学表面被用光学抗反射涂层(33)覆盖。
34.根据权利要求9、11或13所述的设备，其特征在于:激光二极管(25)被放置在所述准直元件(2)的焦点。
35.根据权利要求10、11或13所述的设备，其特征在于:快门(20)被放置在所述准直元件⑵的焦点，来自所述光源( 1，15)的光穿过所述快门(20)。
36.根据权利要求9、11或13所述的设备，其特征在于:减少环境光的影响的光学滤波器(11)被放置在所述传感器(3)之前。
37.根据权利要求9、10、11或13所述的设备，其特征在于:所述设备将关于所述图像传感器(3)的各元件的照度水平的信息传送到所述输出(19)，所述信息区分照度的至少8个等级。
38.根据权利要求9、10、11、13、16、17或18所述的设备，其特征在于:所述传感器(3)包括单行或多行 CMOS、sCMOS、NMOS (Live-MOS)或 JFET LBCAST 传感器。
39.根据权利要求21、22、23、24、26或27所述的设备，其特征在于:所述评估电路(35)包括FPGA或PLD可编程逻辑场。
40.使用根据权利要求9至39中的一项或其组合所述的设备以便检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性。
41.使用具有针孔的激光二极管或LED作为点光源(I)以便检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性。
42.使用NMOS (Live M0S)和 / 或 JFET LBCAST 和 / 或 sCMOS (可伸缩的 / 科学的 CMOS)传感器(3)用于光信号的处理，以便检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性。
43.使用可编程逻辑场(18)(FPGA和/或PLD)用于由图像传感器(3)所接收到的光信号信息的处理，以便检 测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性。
全文摘要
一种连续检测线状物体特别是纺织纤维的粗细和/或均匀性的方法，将光源用作为发射器的一部分，并且使用光学扫描器来扫描由作为接收器的一部分的源所发射的光。作为发射器的一部分的点或面光源和准直元件的组合以及光学扫描器和作为发射器的一部分的具有针孔的准直元件的组合允许增加的测量面积和线状物体粗细的精确测量。
文档编号G01B11/08GK103154663SQ201180036776
公开日2013年6月12日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年5月28日
发明者彼得·珀纳, 约瑟夫·苏斯卡 申请人:彼得·珀纳, 约瑟夫·苏斯卡