DE3626842C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer geometrischen Kenngröße für ein Gemisch gekräuselter, irregulär strukturierter Fasern unterschiedlicher Länge und Breite wie Textilfasern und Tabakfasern mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Eine geometrische Kenngröße für gerade Fasern, die eine einheitliche Dicke, jedoch eine unterschiedliche Länge aufweisen, ist die mittlere Faserlänge. Diese kann so ermittelt werden, daß eine Menge von Fasern auf einer abgegrenzten Fläche einer Unterlage vereinzelt wird, mittels einer Kamera ein Bild der vereinzelten Fasern erzeugt wird, aus dem Bild die Länge der Einzelfasern vermessen wird, die Längen der Einzelfaser addiert und die Summe durch die Anzahl der Fasern geteilt wird. Die so erhaltene geometrische Kenngröße ist die mittlere Faserlänge (s. z. B. "Messen + Prüfen, Automatik", Oktober 1983, S. 546 bis 556). Alle diese Verfahren werden mit einem Bild pro Messung durchgeführt.

Bei gekräuselten Fasern mit einheitlichem Faserdurchmesser, wie z. B. bei Textilfasern und bei gekräuselten Fasern mit unterschiedlicher Faserbreite und Verzweigungen der Einzelfaser, wie z. B. bei Tabakfasern, ist die mittlere Faserlänge als geometrische Kenngröße zur Kennzeichnung eines Fasergemisches nicht geeignet, weil eine mittlere Faserlänge nicht bestimmbar ist und weil Verzweigungen, unterschiedliche Faserbreiten längs einer Einzelfaser und die Faserkräuselung unberücksichtigt bleiben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, durch das eine geometrische Kenngröße für gekräuselte, irregulär strukturierte Fasern in einem Fasergemisch mit hoher Faseranzahl ermittelbar ist, die Fasern mit irregulärer Faserstruktur in Kräuselung Länge, Breite und Durchmesser kennzeichnen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem Unteranspruch 2 beschrieben.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch das Herstellen zweier Bilder und die anschließende Rasterbildung und die Verschiebung dieser Raster gegeneinander die Bildung einer Kenngröße zur Kennzeichnung eines Fasergemisches ermöglicht wird, die die Beurteilung und Klassifizierung dieses Fasergemisches nach dessen Eigenschaften zuläßt, die z. B. für die Qualitätskontrolle des Fasergemisches von entscheidender Bedeutung sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Bild einer vereinzelten Fasermenge,

Fig. 2 Bild einer vereinzelten Fasermenge, mit einem darübergelegten transparenten identischen Bild, das um einen Rasterschritt (ca. 1 mm) in (+x)-Richtung verschoben ist,

Fig. 2a vergrößerte und schematische Darstellung der Verschiebung in (+x)- bzw. (+y) bzw. (x/±y)-Richtung um jeweils einen Rasterschritt x ₀, y ₀,
Beschreibung des Koordinatensystems, Angaben der Rasterschritte Δ x ₀, Δ y ₀,

Fig. 2b Musterbild in Ausgangsposition. Gestrichelte Fläche: Zu erfassende Fläche F,

Fig. 2c Musterbild und verschobenes Bild. Verschiebung um Δ x ₀ in + x-Richtung. Gestrichene Fläche: Bei Verschiebung um eine Einheit (Δ x ₀) in +x-Richtung zu erfassende Fläche,

Fig. 2d Musterbild und verschobenes Bild. Verschiebung um Δ y ₀ in +y-Richtung. Gestrichelte Fläche: Bei Verschiebung um eine Einheit (Δ y ₀ in +y-Richtung zu erfassende Fläche,

Fig. 2e Musterbild und verschobenes Bild. Verschiebung um Δ y ₀ in +y-Richtung und um Δ x ₀ in +x- Richtung. Gestrichene Fläche: Zu erfassende Fläche,

Fig. 2f Musterbild und verschobenes Bild. Verschiebung um Δ y ₀ in -x-Richtung und um Δ x ₀ in +x-Richtung. Gestrichene Fläche: Zu erfassende Fläche.

In Fig. 1 ist ein Bild, z. B. ein Diabild, einer Menge von Fasern (Tabakfasern) dargestellt, die auf einer abgegrenzten Fläche von 5 × 5 cm vereinzelt angeordnet sind, so daß keine Überschneidungen von Einzelfasern vorkommen. Die Einzelfasern sind gekräuselt und haben unterschiedliche Faserlängen, unterschiedliche Faserdicken längs einer Einzelfaser, die bei Tabakfasern von Blattrippen kommen können und Verzweigungen. Mittels eines daruntergelegten feinen Rastern werden die Rasterelemente mittels einer Zählvorrichtung ausgezählt, die von den einzelnen Fasern überdeckt werden, und addiert. Die Summe ergibt die von den Einzelfasern überdeckte Fläche F, gemessen in Rastereinheiten.

In Fig. 2 ist das Diabild gemäß Fig. 1 mit durchgezogenen Strichen dargestellt. Auf dieses Diabild ist ein identisch gleiches Diabild gelegt (eine notwendige Voraussetzung für das hier dargestellte Meßverfahren), das um einen Rasterschnitt in (+x)-Richtung verschoben ist. Dieses ist gestrichelt gezeichnet. Gemäß Verfahrensschritt c) von Anspruch 1 werden für jede Einzelfaser die Rasterelemente mittels einer Zählvorrichtung ermittelt, die von beiden Dias überdeckt werden. In ähnlicher Weise werden die Rasterelemente ermittelt sowohl für in (+y)-Richtung als auch diagonal in (x/y)-Richtung um je eine Rastereinheit verschobene Diabilder.

Die sich bei allen diesen Verschiebungen überdeckenden Rasterelemente werden addiert und zur Fläche F hinzuaddiert. So entsteht eine neue Fläche F′ < F. Zur Normierung wird diese Fläche F′ durch F dividiert, die bei unverschobenem Bild ermittelt wurde. Die Flächen F und F′ werden in Rastereinheiten gemessen. Hierdurch ergibt sich die geometrische Kenngröße zur Kennzeichnung von gekräuselten, irregulär strukturierten Fasern gemäß der Erfindung. Zur noch genaueren Ermittlung der Kenngröße kann die Verschiebung um mehrere Rasterschritte in (+x)- bzw. (-y)- bzw. (x/±y)-Richtung erfolgen, wobei jeweils die sich noch überdeckenden Rasterelemente mittels einer Zählvorrichtung ermittelt und zur Fläche F hinzuaddiert werden.

Aus Versuchen hat sich gezeigt, daß mit zwei Verschiebungen in den jeweiligen Richtungen eine ausreichend genaue Kenngröße erhalten werden kann. Dabei ist der Zahlenwert der Kenngröße um so größer, je größer die Anzahl der Rasterschritte ist. Kenngrößen unterschiedlicher Schrittzahl sind deshalb nicht vergleichbar.

Es ist vorteilhaft, ein quadratisches Raster zu wählen, wobei ein Rasterschritt höchstens der kleinsten Faserbreite einer Einzelfaser entspricht.

In Weiterbildung der Erfindung werden gemäß Anspruch 2 vorteilhaft bekannte Bildverarbeitungsgeräte zur Ermittlung der Kenngröße eingesetzt, die sehr feine Rasterschritte ermöglichen. Diese bestehen aus einer elektronischen Kamera, die ein optoelektronisches Rasterbild erzeugt. Die von den Einzelfasern überdeckten Rasterelemente werden im Speicher eines Digitalrechners digital abgelegt. Die Verschiebungen der Rasterbilder um (x), (+y), (x/+y), (x/±2y), (2x), (2x/±y), (2x/±2y), (2y) werden im Digitalrechner vorgenommen, wie die Ermittlung der sich überdeckenden Rasterelemente, und die Berechnung der geometrischen Kenngröße gemäß der Verfahrensschritte b), c), d) von Anspruch 1. Hierzu eignen sich handelsübliche Bildverarbeitungsgeräte.

Die Verschiebung von identischen Bildern gegeneinander und die Ermittlung der sich noch überdeckenden Rasterelemente entspricht einem Autokorrelationsverfahren.

Bei Tabakfasern wurden zur Ermittlung der geometrischen Größe folgende Versuche durchgeführt:

Es wurden Zigaretten von unterschiedlichen Zigarettenmarken geöffnet. Von einer einzelnen Zigarette wurde eine Teilmenge Tabak auf einer ebenen Fläche mit den Abmessungen 5 × 5 cm vereinzelt. Mittels eines Bildverarbeitungssystems wurden die Verfahrensschritte b), c), d) gemäß Anspruch 1 durchgeführt. Dabei wurde erstens zur stärkeren Betonung der Längenausdehnung eine Gewichtung (erstes Moment der Autokorrelationsfunktion) der einzelnen Überdeckungsflächen mit der Größe des Schrittes vorgenommen und zweitens auch die Verschiebungen im zweiten und dritten Quadranten durchgeführt (s. Abb. 2a). So ergeben sich bei zwei Rasterschritten folgende Kenngrößen:

ZigarettenmarkeKennzahl

I18,3222 II17,8687 III16,0040 IV16,2076 V17,2862 VI17,8863 VII18,1727 VIII18,4303 IX18,8275 X18,9407 XI20,0150

Die Kenngrößen der einzelnen Zigaretten sind deutlich verschieden. Durch ergänzende Versuche kann festgestellt werden, wie unterschiedliche Kräuselungen, unterschiedliche Überdeckungsflächen von Einzelfasern, unterschiedliche Breiten der Einzelfasern (bei Tabakfasern Rippen und Verzweigungen) die Kennzahl beeinflussen.

Bei geraden Einzelfasern mit gleichem Querschnitt längs der Einzelfaser kann die sich nach dem Verfahren der Erfindung ergebende Kennzahl im wesentlichen der mittleren Faserlänge zugeordnet werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Ermittlung einer geometrischen Kenngröße für ein Gemisch von Fasern unterschiedlicher Länge und Breite, wobei eine Menge von Fasern auf einer abgegrenzten Fläche einer Unterlage vereinzelt wird, mittels einer Kamera ein Bild der vereinzelten Fasern erzeugt wird, aus dem Bild durch Ermittlung von Meßwerten geometrische Kenngrößen der Fasern gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß zwei deckungsgleiche Bilder erzeugt werden,
• b) daß man danach mittels eines Rasters, die Rasterelemente (Fläche F) ermittelt werden, die von den Fasern überdeckt werden, daß dabei das Raster so gewählt ist, daß ein Rasterschritt höchstens so breit ist wie die dünnste Stelle einer Einzelfaser,
• c) daß ferner die Bilder dann mindestens um ein oder mehrere Rasterschritte in einer Richtung (x) gegeneinander verschoben werden und die Anzahl der Rasterelemente mit Fasern der beiden Bilder, die sich nach der Verschiebung noch gegenseitig überdecken, mittels einer Zählervorrichtung ermittelt wird, daß anschließend die Bilder von der Ausgangslage in einer dazu senkrechten Richtung (+x) sowie daran anschließend in (x/±y)-Richtung (diagonal) um die gleiche Strecke bzw. Strecken verschoben werden und die Anzahl der Rasterelemente mit Fasern der beiden Bilder mittels einer Zählervorrichtung ermittelt wird, die sich nach den jeweiligen Verschiebungen noch gegenseitig überdecken,
• d) die nach b) und c) ermittelten Rasterelemente (Flächen) addiert und dadurch die Anzahl (F) der nach b) ermittelten Rasterelemente dividiert werden, wodurch sich die Kenngröße ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Kamera eine elektronische Kamera vorgesehen ist, die ein optoelektronisches Rasterbild erzeugt, daß das Rasterbild digital im Speicher eines Digitalrechners gespeichert wird und daß die Verfahrensschritte b), c), d) gemäß Anspruch 1 vom Digitalrechner durchgeführt werden.