DE102011116048A1

DE102011116048A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung Detekton von Fäden mit Kameras

Info

Publication number: DE102011116048A1
Application number: DE201110116048
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Schinn; Ralf Schimanski
Original assignee: OPDI TEX GmbH; OPDI-TEX GmbH
Current assignee: OPDI TEX GmbH; OPDI-TEX GmbH
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-18
Also published as: DE102011116048A8

Abstract

Verfahren zur Erfassung und Überwachung einzelner bis beliebig vieler Fäden mit bildgebenden Verfahren, gekennzeichnet dadurch, daß die zu erkennenden Fäden schmaler als die optische Auflösung des Bildaufnehmers sind und keine aktive Beleuchtung des Fadens von der Rückseite (Durchlicht) erfolgt. Die erfindungsgemäße Inspektionseinrichtung ist auch geeignet andere Objekte oder deren Kanten nach demselben Verfahren zu detektieren. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die notwendige Beleuchtung des Überwachungsbereiches direkt in den optischen Weg eingebracht wird und hinter dem zu detektierenden Objekt eine spezielle reflektierende Oberfläche plaziert ist, die das Licht direkt zum Sender und damit Empfänger zurück reflektiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur berühungslosen Überwachung und oder Auffindung von sowohl geführten als auch ungeführten Fäden im Raum. Dabei können verschiedene Prüfkriterien in Abhängigkeit der Bildauswertung angewendet werden. Insbesondere das generelle Vorhandensein eines oder vieler Fäden, deren zahlenmäßige Erfassung und ihre Lage im Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Erkennung derartiger Fäden unabhängig von Farbe und Ausführung, sowie aufrunde durchsichtige Fäden deren Durchmesser kleiner als die optische Auflösung des bildgebenden Systems ist.
Im großen Unterschied zu üblichen bildaufnehmenden Systemen benötigt das erfindungsgemäße Verfahren keine spezielle ausgerichtete und fokussierte Durchlichtbeleuchtung oder eine hohe Auflösung zum Erkennen feiner Objekte. Gleichzeitig wird dennoch eine sehr große räumliche Tiefenschärfe und damit möglicher Überwachungsraum erreicht.
In allen fadenverarbeitenden Maschinen besteht der Wunsch nach Überwachung des Fadenlaufs. Je nach Maschine und Bedarf unterscheiden sich die Kriterien der Überwachung in Prüfung auf Vorhandensein/Nichtvorhandensein, Stärke, Anzahl oder Raumlage. In modernen Produktionsmaschinen kommt damit oft ein Prüfbedarf für mehrere hundert derartige Fäden und mitunter auch zusätzlich und gleichzeitig an unterschiedlichen Positionen zusammen. Üblicherweise wird die Überwachung der Fäden z. B. auf Fadenbruch durch mechanische Elemente in Form von Bügeln, welche auf einen mechanischen Spannungsverlust reagieren und einen elektrischen Kontakt schließen, realisiert. Andere Verfahren führen den Faden über eine Rolle mit gleichzeitiger Überwachung der Rollendrehung, um so einen nicht mehr laufenden Faden zu erkennen. Bekannte optische Verfahren und Vorrichtungen führen den Faden in einer exakten Position an einem bildgebenden System üblicherweise mit Durchlicht vorbei oder lassen ihn durch eine speziell fokussierte Lichtschranke laufen. Für spezielle Prüfungen kommen auch bildgebende Verfahren mit Auflicht und hoher Auflösung zum Einsatz, die dann jedoch räumlich begrenzt und in ihrer Einstellung und Filterung aufwendig sind.
Alle Verfahren weisen neben jeweils speziellen Prüfungsmöglichkeiten und diversen Unzulänglichkeiten vor allem das Problem auf, daß sie entweder jeweils nur einen Faden überwachen oder über einen sehr eingeschränkten Überwachungsbereich verfügen.
Für sehr feine oder durchsichtige Fäden ist eine spezielle fokussierte und telezentrische Durchlichtbeleuchtung bekannt, die auf Grund des hohen Aufwandes jedoch kaum genutzt wird.
Aufgabenstellung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung bereitszustellen, mit dem mit möglichst geringem Aufwand eine große Anzahl Fäden auf einer möglichst großen Fläche oder in einer möglichst großen Erfassungsebene überwacht oder aufgefunden werden können. Das System soll kontaktlos funktionieren und aktive elektronische oder mechanische Komoponenten nur auf einer Seite des zu inspizierenden Objektes aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 unter Verwendung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung und Ausführungsbeispiele zu entnehmen
Lösungsgemäß wird einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit Blick auf eine spezielle Reflektorfläche eine Vorrichtung zum Einbringen der Ausleuchtung in den optischen Weg vorgeschaltet. Ein zwischen Bildaufnehmer und Reflektor befindlicher Faden erzeugt durch verschiedene auftretende optische Effekte einen ausreichend starken Schatten, der im Bildfeld eine Abbildung von Form und Lage des Fadens ergibt, die passend ausgewertet werden kann.
Da der Faden sowohl den direkt ausgesendeten und reflektierten Lichtstrahl unterbricht entsteht ein auswertbares Signal in quasi beliebiger Position des Faden zwischen Bildaufnehmer und Reflektor. Daraus resultiert zum Einen ein extrem großer Detektionsbereich der nur durch die Größe des Reflektors, seinen Abstand zum Bildaufnehmer und dessen Sichtbereich begrenzt wird. Zum Anderen bilden sich auch Fadenstärken im Bild ab, die kleiner sind als die optische Auflösung des Bildaufnehmers.
Durch Verwendung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1–9 entsteht eine völlige Unabhängigkeit und damit wesentlich vereinfachte Einstellung in Bezug auf die Farbe und Reflektionseigenschaften des Fadens selbst. Auch ein durchsichtiger Faden führt zu einem auswertbaren Signal. Im Falle eines durchsichtigen Fadens wie einer Glasfaser o. ä. mit relativ großem Durchmesser kann es zu einem Durchscheinen in der Mitte des Fadens kommen, wobei auch in diesem Fall beide dann einzeln erkennbare Ränder in jedem Fall ein auswertbares Signal bilden und die Auswertung entsprechend erfolgen kann.
Die weiterführenden Auswertungen zur Erzielung eines bestimmten Inspektionsergebnisses oder Aussage erfolgen in der Bildverarbeitung und unter Herstellung der notwendigen Prämissen zum Erlangen derselben.
In entsprechend vorteilhafter Weise kann mit einer relativ einfachen Kamera eine große Anzahl Fäden über eine entsprechende Breite und mit großer Tiefenschärfe auf ihre Anwesenheit, Position und Anzahl kontrolliert werden. Fadentypische farbliche oder Reflexeigenschaften können dabei unberücksichtigt bleiben und veränern das Ergebnis nicht
In entsprechend vorteilhafter Weise kann ein sich zyklisch im Prozess einer Stickmaschine befindlicher und bewegender Faden oder auch eine größere Anzahl Fäden über mehrere Bilder hinweg zu bestimmten Zeitpunkten auf prozessrichtige Lage im Bild kontrolliert werden. Unter Kenntnis der Prozessabläufe können die benötigten Ergebnisse über z. B. Spannungen oder Fehlstellungen in der Bildverarbeitung ermittelt werden.
Bei Anbringung und Ausrichtung des Inspektionsbereiches in derart vorteilhafter Weise zum Prozess, daß ein gebrochener Faden in den Inspektionsbereich hinein reicht, kann dieser Zustand sofort ausgewertet und erkannt werden. In diesem Fall sind Tiefenschärfe und Sichtbereich des Systems besonders interessant.
Je nach verwendeten Materialien ist die systembedingte mögliche große Abtastentfernung von besonderem Interesse, da neben der ohnehin berührungslosen Erfassung das Sensorsystem weit genug entfernt ist um Problemen durch Verschmutzung oder statische Aufladung auszuweichen oder maschineneigene räumliche Probleme zu umgehen
In entsprechend vorteilhafter Weise kann durch Verwendung einer passenden Kameraauflösung auch die Form und Randeigenschaften eines oder mehrerer druchlaufender Fäden ermittelt werden.
Allen aufgeführten Ausführungsvarianten liegt das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Ansprüchen 1–4 zu Grunde.
Bei entsprechender Auslegung und Dimensionierung ist die Anwendung des Systems nicht nur auf textile Fäden begrenzt. Vielmehr können auch andere Objekte im Bereich zwischen Bildaufnehmer und Reflektor erkannt werden.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit begleitenden Zeichnungen exemplarisch erläutert. Es zeigen:
1 Prinzipschema einer Vorrichtung zur berührungslosen optischen Detektion gebrochener Fäden aus einer Fadenschar mit dargestelltem Überwachungsbereich.
2 Darstellung von Lichteinkopplung und optischen Wegen
1 zeigt in schematischer Darstellung die Vorrichtung zum Erkennen von gebrochenen Fäden, die aus einer Fadenschar z. B. in einer Wirkmaschine nach unten heraushängen. Bildaufnehmer und Lichtquelle 1 sind gemeinsam auf den gegenüber liegenden Retroreflektor 2 gerichtet. Im fehlerfreien Zustand der Anlage sind alle Fäden der Fadenschar 4 gespannt und damit im Überwachungsbereich 5 nicht sichtbar. Bei Verlust der Fadenspannung wie Faden 6 oder bei Fadenbruch wie Faden 7 rufen die betreffenden Fäden eine partielle Abschattung im Überwachungsbereich 5 hervor. Diese wird mittels Bildverarbeitung in der Auswerteeinrichtung 3 in ihrer Form und Lage im Bild erkannt und entsprechend ausgewertet.
Unter Anordnung wie in 1 gezeigt kann durch entsprechende vorteilhafte Auswertung mehrerer aufeinander folgender Bilder in z. B. einer Stickmaschine eine Fehlerdetektion für schwer erkennbare Probleme durchgeführt werden, bei der der Faden wie Faden 6 in 1 in Abhängigkeit vom Zeitpunkt zyklisch in einer bestimmten Ausprägung im Bild erscheinen muß und Abweichungen davon auf Basis der Prozesskenntnisse auf diverse Fehlerbilder schließen lassen.
In 2 ist eine schematisierte Schnittdarstellung der Lichteinspiegelung und optischen Wege zum Refektor dargestellt. Hier wird der Strahl einer punktförmigen Lichtquelle 10 über einen Strahlteiler 11 vor dem Bildaufnehmer 12 und Objektiv 13 in deren Strahlengang eingespiegelt. Das damit koaxial zur Bildaufnahme ausgesendete Licht wird vom Retroreflektor 14 mit minimalem Versatz und hohem Rückstrahlwert unter demselben Winkel zurück reflektiert unter dem es auf diesen trifft. Da die vom Retroreflektor 14 zurückgestrahlte Lichtmenge sehr groß ist und eher im Bereich der Totalreflektion, denn einer diffusen Reflektion liegt, sind die diffusen reflektorischen Eigenschaften eines in den Überwachungsbereich eingebrachten Objektes 15 für die Detektion unerheblich. Darüber hinaus führen auch Lichtbrechungen oder Beugungen wie sie im Randbereich von durchsichtigen Fäden oder Objekten auftreten zu einem auswertbaren Signal.

Claims

Verfahren zur optischen Detektion von Fäden unabhängig von ihren reflektorischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Hintergrundbeleuchtung durch eine, in den optischen Strahlengang des bildaufnehmenden Systems koaxial eingebrachte und von einem, hinter dem Faden plazierten, speziellen Retroreflektor mit geringem Versatz, direkt reflektierte Lichtquelle ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden den Strahlengang der Beleuchtung zum Bildaufnehmer doppelt unterbricht und damit gegen den Hintergrund immer dunkel erscheint.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Durchleuchtung, bzw. Schattenwurf des Fadens auf der dem Bildaufnehmer gegenüberliegenden Seite keine aktive Lichtquelle erfordert.
Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Retroreflektor zurückgestrahlte Lichtmenge immer größer als die vom Objekt reflektierte Lichtmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung durch Bildverarbeitung unter Nutzung der erkannten Fadenposition und -Form über ein oder mehrere Bilder erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler in den optischen Strahlengang des Bildaufnehmers integriert ist, der das Licht einer punktförmigen Lichtquelle in den Strahlengang einspiegelt, welches auf dem Weg über den gegenüberliegenden Reflektor fast vollständig zum Bildaufnehmer und Strahlteiler zurückkehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß für einfache Inspektionsaufgaben eine Lichtquelle unmittelbar neben dem Objektiv oder Bildaufnehmer selbst angeordnet sein kann, um unter Nutzung der Streuung des Reflektors ein ausreichendes Signal zu erzielen.
Vorrichtung nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrfache zeitgesteuerte Bildaufnahmen eine Auswertung von Fadenlauf und Fadenspannung möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fadenbruch indirekt durch Auffinden eines Fadens in bestimmten Bereichen erkannt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1–9, dadurch gekenzeichnet, daß unter Verwendung von mehr als einem derartigen System mit sich gleichzeitig überschneidenden Sichtbereichen und Korrelation der Ergebnisse eine räumliche Zuordnung und Positionserfassung möglich ist.