(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの個別センサ（３ａ，３ｂ，６ａ，６ｂ，９ａ，９ｂ）から構成された光学センサ（３，４，７）が設けられており、その際、パラメータのための測定値が、少なくとも１つの個別センサによってデジタル的に検出可能である、長手方向に運動する糸状の部材（Ｋ）における少なくとも１つのパラメータを光学的に検出する装置において、センサが、１つのパラメータをアナログ的に検出する少なくとも１つの別の個別センサ（３ｅ，３ｆ，５，８ａ，８ｂ）を有することを特徴とする、長手方向に運動する糸状の部材（Ｋ）における少なくとも１つのパラメータを光学的に検出する装置。
【請求項２】
パラメータのための測定値を直接デジタル的に検出する複数の個別センサ（３ａ−３ｄ，６ａ−６ｋ，９ａ−９ｅ）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
パラメータのための測定値をアナログ的に検出する個別センサ（５，８）及びデジタル的に検出する少なくとも１つの個別センサ（６９）が、少なくとも部分的に部材の同じ範囲に対応していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
デジタル的に検出する個別センサに、その出力信号を少なくとも２進信号に変換する要素（３１，３２）が付属しており、その際、少なくとも１つの閾値（５４）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
要素（３１，３２）が、個別センサ（３０）とともに集積回路に集積化されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
センサに、方向付けられた光のための光源（４２）が付属していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
それぞれ１つの光学的センサ（１０，１１）が、互いに傾斜した第１及び第２の平面（１２，１３）に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
パラメータのための測定値がデジタル的に検出される、長手方向に運動する糸状の部材（Ｋ）における少なくとも１つのパラメータを光学的に検出する方法において、部材から少なくとも２つの測定値を、アナログ的に検出し、かつその際、アナログ及びデジタル信号（５７，５８）を並列に検出することを特徴とする、長手方向に運動する糸状の部材（Ｋ）における少なくとも１つのパラメータを光学的に検出する方法。
【請求項９】
信号をクロック制御して検出することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
クロック制御されて検出された信号を、所定の時間の間に積分し、かつ所定の時間（４８）の後にリセットすることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
クロック制御されて検出された信号を、継続的に閾値（５４）と比較し、かつ所定の時間内に閾値に到達したとき、出力信号を発生することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
部材を照明する光源（４２）が該当する過程によって、所定の時間が影響を受け、かつそれにより可変であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法
【発明の詳細な説明】
本発明は、長手方向に運動する糸状の部材における少なくとも１つのパラメータを光学的に検出する装置に関する。
スイス国特許第６４３０６０号明細書によれば、糸−又は線材状の部材の直径又は断面積を判定する方法及び装置が公知である。その際、光源から露光された部材の画像撮影機における陰投射が測定され、この画像撮影機は、並べて配置された一連のフォトエレメントからなる。フォトエレメントは、パルス状の信号を送出し、これらの信号は、一緒になって評価装置において評価され、かつ具体的な直径−又は断面積値に変換される。
この公知の方法の欠点は、ある種のパラメータに対して正確な測定結果が、相応して多くの回路費用によって達成しなければならないという点にある。なぜなら例えば糸に対する利用可能な毛深さ値は、それにより例えば個々のフォトエレメントが小さな寸法を有し、かつ相応して多数設けられているときにしか達成できないからである。
特許請求の範囲に特徴を示したような本発明は、この時、糸状の部材の直径、糸部材の直径、糸の毛深さ等のようなパラメータが簡単かつ正確に検出できる装置を提供するという課題を解決する。
この課題は、少なくとも２つの個別センサから構成された光学センサが設けられており、このセンサにおいて少なくとも１つの個別センサが、少なくとも１つのパラメータをデジタル的に検出するように、構成されかつ配置されていることによって解決される。なるべくセンサは、それにより一方において例えば部材の直径のようなパラメータを直接デジタル的に検出する個別センサを有し、かつこのセンサは、他方において同じ又は別のパラメータをアナログ的に検出する個別センサを有する。それにしたがってセンサは、個別センサを有し、これらの個別センサは、異なった基本方式にしたがって動作するか、又はこれらの個別センサの信号は、異なった基本方式にしたがって評価される。この光学的センサは、なるべくその長手方向に部材のものを上回る広がりを有し、かつなるべく少なくとも部分的に部材の同じ範囲においてパラメータの検出を行なうように構成されている。センサは、方向付けられた光によって露光されるようにするので、光源とセンサとの間において糸は、光を遮へいする。センサは、評価回路に接続されており、この評価回路によって複数の個別センサからの信号も共通に評価することができる。
本発明により達成される利点は、とくに次の点にある。すなわち比較的なめらかな部材の直径の他に、きわめて手間をかけて構成された装置を必要とすることなく、解けた表面構造を有する部材の直径も、洗練された様式で測定することができる。例えば糸において、糸本体（突出した繊維を含まない）と糸の毛深さ（突出した繊維の成分）は、切離して測定することができる。このようなセンサは、評価電子装置によって変化した測定条件にも整合することができ、かつ例えばセンサにおける汚れ及び堆積物の影響を補償し、又は考慮することができる。
次に本発明を例により、かつ添付の図面を引用して、詳細に説明する。ここでは：
図１ないし４は、本発明による装置のそれぞれ１つの部分を簡単化した表示で示し、
図５ないし８は、装置のそれぞれ１つの別の部分を示し、
図９は、装置の１つの部分の機能の概略的な表示を示し、
図１０は、アナログ及びデジタル信号を示し、
図１１は、起こり得る寸法を含む糸状の部材の横断面を示し、かつ
図１２及び１３は、装置からのそれぞれ１つの信号を示している。
図１は、複数の個別センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ等からなるセンサ１を示しており、これらの個別センサは、互いにずらされているが、それにもかかわらずｘ方向及びｙ方向に見て範囲内に重なって配置されている。
図２は、１列に配置された個別センサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、及び３ｅ及び３ｆを含むセンサ３を示している。ここでは例えば個別センサ３ａ−３ｄはデジタル的に、それに反して個別センサ３ｅ及び３ｆはアナログ的に動作する。このようにして異なった基本方式にしたがって動作する個別センサ３ａ、３ｅを備えたセンサ３が生じ、少なくともこのことは、これらの個別センサが送出する信号の処理に該当する。個別センサは、測定すべきパラメータの方向に配置されており、したがってここでは図１におけるように、部材Ｋの直径又は横断面の方向に配置されている。
図３は、個別センサ５及び６ａ−６ｋを含むセンサ４を示している。ここでは例えば個別センサ５はアナログ動作することができ、かつ個別センサ６ａ−ｋは、個々の信号を１つのデジタル信号に構成することによって、一緒になってデジタル動作することができる。
図４は、個別センサ８ａ、８ｂ及び９ａ−９ｅを含む別のセンサを示している。センサ４（図３）におけるように、個別センサ８及び９は、なるべく同じ測定フィールド高さを覆い、少なくとも部分的に部材の同じ範囲（ここではｙ方向に）に付属している。
図５は、互いに傾斜した２つの平面１２及び１３に配置されたセンサ１０及び１２を示している。
図６は、通常のように糸１５の測定又は観察のために利用されるような測定ギャップ１４を示している。測定ギャップは、側方においてそれぞれ１つのカバーガラス１６、１７によって区画される。カバーガラス１６、１７の向こう側に、光電装置又は光ガイド１８、１９が延びており、これらの光ガイドは、それぞれ光信号のための送信機２０、２１及び受信機２２、２３に通じている。光ガイド１８、１９は、それぞれ１つのミラー２４、２５を有するので、２つのビーム経路２６、２７が生じ、これらのビーム経路は、それぞれ送信機２０、２１からミラー２４、２５及び糸１５を介して受信機２３、２２に通じている。送信機２０、２１は、なるべく大体において方向付けられた光を送信するように構成されている。受信機２２、２３は、なるべくテレセントリックの受信光学系を有する。それによりカバーガラス１６、１７及び測定ギャップ１４の範囲に、大体において平行な光ビームが生じる。このようにして測定ギャップ１４内における糸１５の位置は変化してもよく、その際このことは、受信機２２、２３における糸１５の結像の大きさを変化させない。したがって縮尺は同じに維持される。この配置によれば、測定ギャップ１４内において直交する光ビームがほとんど影響を受けることがなく、かつそれと同時に測定値を取得するために使用することができることも保証されている。
図７は、それぞれの個別センサのために設けることができるような、それぞれ同じに構成された２つの回路２８及び２９を示している。このようなものの一方は、光を電流に変換する要素３０、例えばフォトダイオードからなる。この要素３０は、なるべく本来の個別センサとして通用する。これは、電荷増幅器３１、３５、比較器３２及びメモリ又はラッチ３３のような、その出力信号を変換する別の要素とともに直列接続されている。演算増幅器３１及びコンデンサ３４（帰還レーン内における）からなる電荷増幅器３１は、さらにスイッチ３４とともに並列接続されている。比較器３２の一方の入力端子は、基準導線３６に接続されている。メモリ３３の出力端子は、マルチプレクサ３７に接続されている。マルチプレクサ３７の後に再び評価回路３８が接続されており、この評価回路は、なるべく計算機として構成することができる。同様に評価回路３８に、選択的にアナログ個別信号を発生する回路３９が接続されている。これは、個別センサ６４の他に、とくに並列接続されたコンデンサ６２及び抵抗６３を備えた演算増幅器６１を有する。なるべく前記の要素の少なくとも一部は、個別センサ３０、６４とともに集積回路になるように集積化されており、かつそれとともにいわゆる“スマートセンサ”を形成している。
図８は、１つのセンサの表面４０を概略的に、糸状の部材４１を断面で、かつ方向付けされた光のための光源４２を示している。これは、例えば点−又は線状の光源４３及びテレセントリックな光学系４４からなることができる。それにより方向付けされたかつなるべく平行なビーム４５を発生することができる。
図９は、種々の線を示しており、これらの線は、装置における過程に該当し、かつこれらの線は、時間軸４６に関して、かつ電圧に対する値又はその可能な値のパーセント数が記入された軸線４７に並んで図示されている。線４８は、例えば周期的なサイクルの開始をマークし、かつ線４９は、終了をマークしている。線５０、５１及び５５は、線５２に相当する時間とともに始まる種々の状況において、時間によるコンデンサ３５の充電を表示している。
図１０は、時間軸ｔに関して簡単化して記入して、アナログ個別信号５７及びデジタル化されかつクロック制御された個別信号５８を示しており、この個別信号は、個々の値５８ａないし５８ｆからなる。測定又は評価の際に利用される種々の基本方式により、例えばアナログ及びデジタル信号の間の差値５９ｃ、５９ｄ等が生じる。
図１１は、糸状の部材の横断面の輪郭６０を示しており、この輪郭は、ここでは非円形、かつとくに楕円形と仮定されている。ｄ１及びｄ２は、輪郭６０の主軸に沿って検出されるような主寸法である。ｄ１’及びｄ２’は、直交する別の２つの方向に検出されるような主寸法である。
図１２は、相応する分解能を有する個別センサ６（図４）によって例えば互いに連続する複数の測定サイクルが記憶された評価回路３８において生じるような、例えば図１による部材Ｋに相当する糸状の部材６５の表示を示している。ここにおいて例えば個別センサ６６のような個別センサは、個別センサ６及び９よりも小さな寸法を有し、かつ評価回路３８のメモリ内においてそれぞれの個別センサ又はピクセルに、１つの２進信号に占有される記憶場所が対応している。このような表示を得るために、複数の集団６７ａ、６７ｂ、６７ｃ等が記憶されており、その際、それぞれの集団６７は、所定の測定サイクルに所属している。本来の部材６５に並んでかつここから突出して、６８及び６９によって示された個々の原繊維又は繊維を認めることができる。７０によっていわゆる浸食マトリクスが表わされており、この浸食マトリクスは、それ自体周知のかついわゆる隣接操作を実施するために利用される。これは、ここでは隣接操作を及ぼす中心ピクセル７１の回りに配置された１３のピクセル又は記憶場所からなる。
図１３は、図１２に相当する表示を示しており、ここでは突出した原繊維又は繊維は、隣接操作によって浸食除去されている。このようにしてなおその直径が浸食によりほぼ２つのピクセルだけそれぞれの側に人為的に縮小された本来の部材７２のような大きな面積の組織だけが認められる。
装置の動作は次のとおりである：
図８に示すように、例えば糸、繊維、線材等のような糸状の部材４１は、例えば周知の糸テスト装置及び糸洗浄器における場合のように、測定ギャップ内においてその長手方向にセンサの近くを通って動き、ここにはこのセンサの表面４０が示されている。表面４０は、光源４２に対して部材４１によって覆われ、又は遮へいされる。表面４０の後に、図１ないし４の１つから確認されたようなセンサ１、２、３又は７が設けられている。
センサ１によって、例えばｙ方向における部材Ｋの直径、又はｘ方向における部材Ｋの到来が検出できる。部材Ｋは、図１において光源から見て、２つのセンサに完全に、かつ２つに一部分だけ重なっている。それにより４つの個別センサは、それぞれ１つの個別信号を送出し、この個別信号は、部材Ｋによって影響を受けている。個別センサ２ａ、２ｂ、２ｃは、個別信号を送出し、この個別信号は、部材Ｋによって影響を受けていない。合計８つの個別信号の評価によって、部材Ｋの直径に比例する信号を発生することができる。測定の精度は、単位長さあたりどれくらい多くの個別センサが存在するか、又は個別信号がそれ自体変調可能であるかどうか、したがってアナログ的に処理されるかどうか、又は個別信号が２進としてのみ検出されるので、デジタル信号が生じるかどうかに依存している。別の可能性は、センサ１を、パラメータとしてｙ方向における部材Ｋの位置だけを検出するように構成することにある。この時、例えば個別センサ２ｃは、部材による遮へいを表示する信号を送出せず、それに対して個別センサ２ｄは、このような信号を送出する。それによりその間に部材Ｋの外側境界がある。
センサ３（図２）によれば、パラメータとしてセンサ１と同様に部材の直径が検出できる。個別センサ３ａ−３ｄが、２進として検出される個別信号を送出し、かつ個別センサ３ｅ及び３ｆが、アナログ的に検出されかつ引続き処理される個別信号を送出することを前提とすれば、それにより部材の縁範囲の洗練された検出を可能にすることができる。又は個別センサ３ａ−３ｄによって直径を、かつ個別センサ３ｅ及び３ｆによって突出した部分の存在及びその大体の程度を検出することができる。
センサ４（図３）によれば、部材の直径は、一方において個別センサ６ａ−６ｋによってデジタル的に、かつ他方において個別センサ５によってアナログ的に検出することができる。個別センサ５は、部材による遮へいに比例する個別信号を供給する。個別センサ６は、同様に遮へいに比例するが２進化されたそれぞれ１つの個別信号を供給するので、個別センサ６の個別信号からデジタル信号が発生される。個別センサ５からの個別信号と個別センサ６からの信号とを比較することによって、とくに部材が糸であるときに、例えば部材の毛深さ、構造等のような別のパラメータを判定することができる。
センサ７（図４）によれば、個別センサ８がｙ方向における個別センサ８の前の部材の位置に依存するそれぞれ１つの個別信号を送出するという相違点を有するが、基本的にセンサ４によるものと同じ測定を行なうことができる。すなわち部材がセンサ７の下側縁にある場合、この部材は、主として個別センサ８ｂを遮へいするので、個別センサ８ｂの個別信号は、個別センサ８ａの個別信号よりもずっと多く影響を受ける。部材が、センサ７の上側縁にある場合、個別センサ８ａが一層大きな影響を受ける。
センサ１０及び１１が２つの平面１２、１３に配置された図５による装置によれば、２つの方向から部材を考察することができ、このことは、部材の真の横断面におけるさらに正確な推論を可能にする。センサ１０、１１としてセンサ１、３、４、７又はその他のものが設けられている。
図６による装置によれば、部材、ここでは糸１５は、ビーム経路２６、２７に相応して同様に２つの方向から考察することができる。センサ２０は、ミラー２４に光ビームを送信し、この光ビームは、ここから受信機２３に導かれる。その際、糸１５は、センサ１、３、４、７の１つからなる受信機２３を遮へいする。送信機２１は、ミラー２５に光ビームを送信し、この光ビームは、ここから受信機２２に導かれる。その際、糸１５は、センサ１、３、４、７の１つからなる受信機２２を遮へいする。光ビームとは、ここではなるべく方向付けられたかつ平行なビームの完全な束と理解されるので、糸は、測定ギャップ１４内における図示した位置に正確にあるわけではない場合でも、検出される。
この時、個別センサが、光源に対して部材によって部分的に又は完全に覆われると、その際にサイクルは、ほぼ次のように経過する。時間４８（図９）に、リセット信号５６を発生することによって、このサイクルがスタートし、このリセット信号は、スイッチ３４（図７）を閉じ、閉じたまま維持し、かつ時間５２まで継続し、それとともに、１つ又は複数のコンデンサ３５を１つ又は複数の個別センサからの光電流によって充電し始め、又は別の表現では、検出された信号を積分し始める。
個別センサが部材４１によって光源４２に対して覆われていないと、コンデンサ３５の充電は、線５０によって示すように急速に進行し、かつ閾値５４に到達したとき、時間５３に終了する。その際、演算増幅器３１は、コンデンサ３５からの信号を増幅し、かつこれを比較器３２に送出する。この比較器は、線５０による信号を閾値と継続的に比較し、この閾値は、線５４によって示されており、かつ導線３６を介して加えられる。閾値５４に到達すると、比較器３２は、メモリ３３に信号を送出し、この信号は、個別センサが覆われていないことを表示する。この信号は、２つの可能な値だけを有し、かつ２進信号である。
個別センサが部材によって遮へいされていると、この個別センサは、直接の光を受取らず、最善の場合でも散乱光を受取る。それによりコンデンサ３５は、例えば線５５に相応して、さらにゆっくりとしか充電されず、かつ最善の場合でもサイクル時間を越えるきわめて長い時間の後に、閾値５４に到達する。したがって検出された信号は、所定の時間の間に積分され、かつその後リセットされる。同じサイクル時間で動作し、したがってスイッチ３４に同期してクロック制御されているメモリ３３は、この時、比較器３２から信号を受取り、この信号は、個別センサが遮へいされていることを表示し、かつこの信号は、別の個別センサのメモリからの信号とともに送出することができる。マルチプレクサ３７は、すべての信号から個々の２進値を互いに並べることによって、１つの信号を構成し、この信号は、全センサの露光に関する画像を生じる。それにより例えば糸横断面に対する値を導き出すことができる。
サイクルは、線４８と４９によって区切られる。個別センサの品質に応じて又は個別センサの汚れの程度に応じて、コンデンサ３５の充電が閾値５４に到達するまで、多かれ少なかれ長くなる。線４９又は５１は、可能な光の５０％だけが個別センサに到達するとき、コンデンサ３５の充電がどの程度かかるかを表示している。コンデンサ３５の充電のための確実な時間を測定するための手がかりとして、半分の出力による閾値５４の到達が、まだサイクル時間内、したがって時間４９以内に可能になるようにすることから出発することができる。サイクル時間内における線５２、５３の移動によって、このことは、リセット信号５６の期間の延長又は短縮によって調節することができ、このことは、リセット信号５６がサイクル内の時間の残りの部分を必要とすることも意味している。したがって線４９と５２の間の時間内に十分に充電しない個別センサは、部材によって覆われたとみなされる。汚れがたいしたことないとき、かつとくに良好な個別センサが問題になるとき、線５２、５３は、線４９に向かって移動することができ、かつ線５０、５１は、一層急に延びることができる。これらの過程は、それぞれの個別センサについて追従することができ、その際、制御量として、関与する個別センサの第１のものの信号が閾値５４に到達するまでに必要な時間が検出される。この時間は、制御のための実際値とみなされる。この時間の２倍の値は、線４９と５２の間にある露光−又は積分時間を生じる。これがあまりに短いと、第１の個別センサは、あまりに遅く閾値５４に到達し、すなわち半分より多くの時間の後に初めて到達する。この時、これは、同様に延長しなければならない。
例えば個別センサ５によるセンサ４により及び回路３９（図７）によってアナログ個別信号５７（図１０）が発生され、この個別信号が部材の直径に比例し、かつ個別センサ６ａ−６ｋにより及び回路２９、３０等によってデジタル個別信号５８が発生され、この個別信号が同様に部材の直径に比例することを前提とすれば、両方の個別信号が、同じ部材に由来するとしても、正確に一致しないことが確認される。差値５９は、個別センサ５及び６が、部材の縁範囲を同じに検出しないことによって生じる。例えば個別センサ６は、糸において糸部材を一層早く検出し、それに対して個別センサ５は、突出した繊維を有する糸を検出する。差値５９は、例えば糸において毛深さに相当することがあり、このようなものとして計算機３８において個別信号５７及び５８から引算によって検出される。それにより同じ部材から２つの信号が並列に検出される。そのうち一方は、クロック制御されている。
図５による装置によれば、部材は、２つの方向から検出することができる。パラメータとして部材の横断面を検出しようとするとき、そのために異なった２つの直径を測定しなければならない。そのために図１１が示すような種々の可能性が存在する。直径として、主寸法ｄ１及びｄ２又はｄ１’及びｄ２’が検出できる。図５による装置によれば、例えば互いに垂直になった例えば２つの方向が考慮されるので、この時、どの主寸法が検出されるかに関する不確実性が残る。なぜならこのことは、部材の偶然の位置に依存するからである。この影響をできるだけわずかにするために、検出された両方の主寸法は２度計算するようにし、しかも主寸法の積ｄ１＊ｄ２又はｄ１’＊ｄ２’及び主寸法の二乗の和の半分、したがって０．５（ｄ１＊２＋ｄ２＊２）又は０．５（ｄ１’＊２＋ｄ２’＊２）を形成するようにする。このことは、評価回路３８内において行なうことができ、この評価回路に、センサ１０及び１１のすべての個別センサが接続されている。例えば小さな直径と大きな直径からなる商、例えばｄ２／ｄ１を計算することによって、両方の主寸法から、部材の丸さ（丸さの程度）のようなパラメータに関する、より糸の場合、よりに関する表示も得られる。
なるべくアナログ個別信号を送出する積分個別センサ５、８は、デジタル信号を送出する個別センサ６、９と同じクロック信号によってクロック制御されている。この時、このことは、図１０において同様に階段曲線５７ａを生じ、この階段曲線は、個別信号５７の代わりをする。しかしそれにもかかわらず階段曲線５７ａは、アナログ的に検出されかつ処理される信号に基づいている。
個別センサからの個別信号は、選択的にそれ自体周知の隣接操作によって引続き処理される。その際、まず連続するいくつかのサイクルからデジタル化する個別センサ６、９の結果が記憶される。これらのサイクルのうちの１つからのそれぞれの個別センサの信号は、隣接する信号、すなわち隣接するサイクルにおける同じ個別センサの信号、及び同じ及び隣接するサイクルにおける隣接する個別センサの信号とともに検出され、かつ個別センサの当該の信号と比較される。それによりそれぞれの個別信号に対して、周囲も形成され、かつ周囲から目立った個別センサの信号は、周囲の信号に整合される。したがってゆるい関連を有するピクセルからなる局所的な構造は、消去され、かつ図１３に示すように、例えば糸本体のような大きな組織だけが残される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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