[发明专利]识别纺织纤维中非所需材料的方法和设备

说明书

本发明涉及在纺织工业里一种用来把纤维材料流中所需材料识别出来的设备和方法，特别是涉及在纺纱中，识别在纤维材料流中，以空气-纤维混合物形式或以纤维团形式出现的非所需材料的方法和设备。本发明包括传感器装置、声学、光学、电子学和数据处理等领域。本发明与用来识别在纺织纤维原料流中，以绳子、纺织品、带子或薄片等形式出现的非所需材料的方法和设备有关。

例如，在纺织的纤维原料如原棉中，不可能防止非所需材料进入原料中。非所需材料可能包括金属片、织物片、塑料薄片以及例如绳、带、线等捆扎材料。

把具有相似于原料纤维结构和质量的，例如由黄麻或合成纤维制成的绳子等基本形式的材料，与原料分离是没有把握的。如果不能把后一种非所需材料及时地分离出来，这种非所需材料就会马上通过整个清洁、梳理和纤维平行化处理而混入纤维供给材料，并且最终与所需材料一起纺入纱中，因为非所需纤维与所需纤维之间的拉力强度减小了或者附着力很差，所以，在纺纱阶段中，或者甚至在机织造阶段中，都会出现纱线断头。纱线断头引起纺纱机和织布机非常不希望的停机。因为所需纤维和非所需纤维可能具有不同的着色特性，所以，混有非所需纤维的纱或织物在进行染色时，就会出现进一步的问题。 当非所需材料是塑料，而所需材料是棉花等天然产品时，这一问题是非常严重的。

因此，对于识别这些难于识别的非所需物质并且把它们在其到达梳理阶段以前分离出来，有着浓厚的兴趣。

例如，与棉束一起通过光屏障的绳子或织物，产生完全特定的信号。因为光的散射，当所需棉束和非所需材料通过该屏障时，产生了光强度的变化。这种散射效应是很显著的，因为从1到50微米的纤维大小与光的波长为同一量线。因此，当把光用于所需材料和非所需材料的图形检测时，产生了结构清晰而又很复杂的信号分量，但很难把它们彼此区分开来。

但是，已经发现，当利用一种其波长与纤维大小不是同一量级，而是与要识的非所需材料的典型尺寸为同一量级的辐射时，结果可能要好一些。在非所需材料为绳子和织物纱体时，这种尺寸在从0.1到3毫米范围内。

产生、控制和检测上述波长的其它（不是光）电磁辐射也是行得通的，但是，可能会更困难和昂贵。0.1到3毫米这一范围，居于微波辐射与红外线辐射之间。

利用超声波是代替电磁辐射的另一种方法。因为声音在空气中的速度非常低，为340米/秒，尽管必须牢记声速对温度的依赖性为0.6米/秒°K左右，波长为从0.1到3毫米适当的场还是可以很容易产生的。

所需频率的超声信号通常借助于压电陶瓷片或薄片状压电元件来产生。因为这种元件与空气相比的声学硬度（h＝EP，此处，E表示弹性模量，P表示密度）很高，所以，必须考虑传感器元件对于空气 的匹配和能量传输。正如在光学涂敷方法中那样，声学硬度适当的中间层能够改善匹配。当把压电陶瓷用为声发生器时，四分之一波长的塑料板可用于声阻抗匹配。

本发明的目的是，提供有利于把在所需纤维流中以纤维、带或织物形式出现的非所需材料识别和分离出来的方法和设备。

本发明解决所规定的方法是：使纤维流与连接到信号发生器上的波发生器所产生的予定波相互作用;由于被测材料之间的相互作用使波散射，波的散射使波场发生变化，该波场由波传感器接收;由波接收器的电信号得到有关被测材料图形或结构的信息。

本发明的设备包括：用来检测被测材料流的测量装置;该测量装置与被测材料相互作用;该测量装置具有至少一个波发生器，以及其后跟有波处理器的波接收器。

下面，参考只说明构成方法的附图，较为详细地描述本发明，其中：

图1是本发明的方法和设备示意图;

图2a、2b和2c中，每一幅图示出由图1所示的纤维材料流中存在着所需材料和/或非所需材料而引起检测器信号的时间图;

图3示出根据本发明方法和设备的变型;

图4a、4b和4c中，每一幅图示出由纯纤维材料流和混有非所需材料的纤维材料流产生检测信号的时间图;

图5示出根据本发明、以反射系统代替发射系统的另一变型;

图6示出根据本发明系统的一种结构变型的示意图;

图7a和7b示出混有非所需材料的所需纤维束流的空间频谱图;

图8示出图3和5的方法和设备的变型;

图8a、8b、8c、8d和8e中，每一幅图示出图8设备的信号空间频谱图;以及

图9-11中，每一幅图示出实施本发明方法的分离装置。