DE4216469A1 - Einrichtung zum Klassifizieren von Fehlern in Häuten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Da die Haut von Tieren, die zu Leder gegerbt werden soll, häufig Feh­ ler z. B. in Form von Verletzungen aufweist, ist es üblich, von den Gerbbehandlungen eine Sichtung und Klassifizierung hinsichtlich Art, Größe und Lage der Fehler vorzunehmen, damit eine Haut, die aufgrund der Fehlerklasse nicht zu einem hochwertigen Lederprodukt verarbeitet werden kann, gar nicht erst den kostspieligen Gerbbehandlungen zuge­ führt wird, die nur für hohe Qualitäten zu rechtfertigen sind. Diese Fehlerklassifikation und Sortierung erfolgt derzeit visuell in unter­ schiedlichen Gerbstadien. Schon da eine solche visuelle Klassifizie­ rung sehr ermüdend ist, sind objektive und reproduzierbare Klassifika­ tionsergebnisse nicht zu erwarten, weshalb die fehlerbedingte Aus­ schußrate noch in späten Gerbstadien relativ hoch ist. An der Tech­ nischen Universität Chemnitz (Fachbereich Maschinenbau III, Bereich Ledertechnik) beschäftigt sich deshalb Herr Dr. Kellert damit, objek­ tive Kriterien für Strukturen und Fehler schon am Rohleder festzustel­ len, um beispielsweise den Schaftteilzuschnitt bei der industriellen Schuhherstellung automatisieren und optimieren zu können. Die am Flachbett-Scanner im Durchlichtverfahren mittels in engem Wellenbe­ reich Infrarot-Strahlung emittierender Dioden aufgenommenen Netzbilder an realen Leder-Proben sind zwar grundsätzlich geeignet, Anhaltspunkte für objektivierbare Güteklassen-Kriterien zu liefern, solche punktuel­ len Messungen sind aber nicht geeignet, im Verlaufe der Vormate­ rial-Bearbeitung bereits eine Güteklassifizierung durchführen zu kön­ nen, um Vormaterial von geringerer Qualität hinsichtlich der Anzahl der Größe und der Lage von Fehlstellen gar nicht erst Gerbbehandlungen zu unterziehen, die sich vom Kosten-Nutzen-Verhältnis her betrachtet eigentlich nur für hochwertige Ware rechtfertigen lassen.

Deshalb liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die eine objektive Echtzeit- Klassifizierung bei der Verarbeitung von Tierhäuten zu Nutzleder schon in möglichst frühem Bearbeitungsstadium eröffnet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einrichtung nach dem Kennzeichnungsteil des Anspru­ ches 1 ausgelegt ist.

Dieser Lösung zufolge wird zwar nicht die Roh-Haut, aber das Spaltle­ der gleich nach der ersten Gerbstufe der Fehlerklassifikation unter­ worfen, also die sogenannte Wetblue-Qualität, in der vor allem die Farbpigmente aus der Rohhaut bereits weitgehend ausgegerbt sind. Dieses in frühem Gerbstadium befindliche Spaltleder wird mit definier­ tem Vorschub unter leichter Zugspannung an einer Bestrahlungseinrich­ tung vorbei oder durch diese hindurch bewegt. Dabei erfolgt eine Durchstrahlung, wenn auch aasseitige Fehler und Strukturinhormogeni­ täten sowie Dickenschwankungen erfaßt werden sollen. Die für die End­ verarbeitungs-Klassifikation maßgeblicheren Fehlstellen sind aller­ dings diejenigen, die (wie unten anhand von Fig. 1 näher erläutert) narbenseitig auftreten. Diese führen bei flacher Streiflicht-Bestrah­ lung, unter geringer Strahlneigung gegenüber der Oberfläche und mit geringem Öffnungswinkel quer zur Oberfläche, zu markanten Strahlungs­ kontrast-Sprüngen infolge harten Schattenwurfes neben intensiv rück­ strahlenden Partien, so daß die Lage und Ausdehnung sowohl von Einker­ bungen aufgrund von Haut-Einschnitten wie auch von Erhöhungen aufgrund von Verletzungsnarben deutlich erkennbar sind. Zugleich kann die Lage solcher Fehlstellen erfaßt werden, da die gesamte Haut quer zu ihrer Vorschubrichtung streifenförmig erfaßt wird. Für die Durchstrahlung bzw. Streiflicht-Bestrahlung werden linienförmige oder in Linien angeordnete Strahlungsquellen eingesetzt, die einen möglichst großen Strahlungsanteil im langwelligen Infrarot-Bereich aufweisen, weil dann die Absorption der Strahlung in der Haut am geringsten ist. Eine Bündelung der Strahlungsenergie auf einen möglichst schmalen Bereich quer zur Vorschubrichtung erfolgt für die Durchstrahlung vorzugsweise mittels eines im Querschnitt etwa parabolischen wannenförmigen Re­ flektors, für die Streiflichtbestrahlung vorzugsweise über einen breiten, im Querschnitt abgewinkelt verlaufenden Strahlungsleiter. Die Bestrahlung erfolgt nicht kontinuierlich, sondern blitzartig, in kur­ zen aufeinanderfolgenden Phasen nach Maßgabe der angestrebten zeilen­ förmigen Fehlererkennungs-Auflösung in Abhängigkeit von der Vor­ schub-Geschwindigkeit der Haut. Bei einem Vorschub in der Größenord­ nung von 200 mm pro Sekunde werden mit einer Blitzfolge von wenigstens 800 Hertz Fehler noch eindeutig erfaßt, die in Vorschubrichtung etwa 0,25 mm messen. Als preiswert verfügbare Strahlungsquelle für das genannte Spektrum ist eine herkömmliche Wärmestrahlungs-Quarzlampe geeignet. Die Vermessung des Breitenverlaufes der Haut quer zur Vor­ schubrichtung und dabei die Bestimmung der Fehler-Lage quer zur Längs­ richtung der Haut kann mittels Infrarot-Zeilensensoren erfolgen, we­ sentlich preiswerter jedoch mittels handelsüblicher CCD-Zeilenkameras nachdem aus ihnen die üblicherweise eingebauten Infrarot-Filter entfernt wurden, um eine gesteigerte Empfindlichkeit im langwelligen Infrarotbereich (bei etwa 1000 Nanometern) zu erzielen.

Die Klassifizierung der gemäß der Durchstrahlungs-Intensität bzw. des Streiflicht-Schattenbildes nach Lage und Ausdehnung erfaßten Fehler erfolgt in Echtzeit-Verarbeitung (zweckmäßigerweise bei überlappender Signalvorverarbeitung für die einzelnen aufeinanderfolgenden Aufnahme­ zeilen) in einer Auswerteeinrichtung mit einem Klassifikator, vorzugs­ weise auf Basis eines neuronalen Netzes, der anhand realer Proben bzw. aus einem handelsüblich programmierten Expertensystem trainiert ist. Je nach der Fehlerklasse (also hinsichtlich Lage, Art und Größe der Fehlstelle in der aufgespannten Fläche des Roh-Leders) kann dann ein Markiergerät angesteuert werden, welches z. B. unmittelbar die erfaß­ ten Fehlerklassen auf der Haut farbig angibt oder direkt die Le­ derqualität für die Weiterverarbeitung kennzeichnet. Vor allem kann gemäß dem Klassifikationsergebnis der Auswerteeinrichtung eine Sor­ tieranlage gesteuert werden, um die unterschiedlichen Lederqualitäten definiert auszuschleusen und dadurch zu vermeiden, daß kostspielige weitere Gerbvorgänge auf Rohleder angewandt wird, welches aufgrund seiner Fehlerklasse gar nicht für hochwertige Endprodukte geeignet ist.

Wenn sich die zur Verfügung stehende Strahlungsquelle jedoch nicht für stroboskopischen Betrieb eignet, dann kann für die definiert aufein­ anderfolgende linienförmige Durchleuchtung bzw. Streiflichtbeleuchtung der Probe auch eine elektromechanisch gesteuerte stationäre oder ro­ tierende Schlitzblende zwischen der Strahlungsquelle und der Haut An­ wendung finden.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas­ sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be­ schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht maßstabsge­ recht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsge­ mäßen Lösung. Es zeigt

Fig. 1 typische Fehlerarten und ihre Lage auf der narbenseitigen Oberfläche der Haut von Hausvieh,

Fig. 2 das aus der Haut abgespaltene, erstmals gegerbte Leder auf­ gespannt unter einer Detektorzeile, quer zur der es fortbe­ wegt wird, und

Fig. 3 in Prinzipdarstellung das Wetblue-Leder nach Fig. 2 während der Fehlerklassifizierung vor dem Ausschleusen.

Wichtigster Lieferant von Leder ist das heimische Hausvieh. In vorlie­ gendem Zusammenhang interessiert nur die obere Lage des aus dessen Haut gewonnenen Spaltleders. Vor dessen Verarbeitung zu Fuß oder Oberbekleidung wird es mehrfach gegerbt, wobei die Gerbfolgen und die Gerbmittel von der vorgesehenen Verwendung abhängen. Jedoch soll aus Aufwandsgründen nur solches Material die vollständige Gerbfolge durch­ laufen, das für die dann vorgesehene Verarbeitung auch die erforder­ liche Oberflächenqualität aufweist. Die kann aber vielfältige Fehler enthalten.

Auf der narbenseitigen, also äußeren Oberfläche 11 der Haut 12 des in Fig. 1 skizzierten Hausvieh 13 sind in den skizzierten Lagen insbeson­ dere folgende typische Fehlerarten 14 anzutreffen: In der vorderen Rückenpartie Risse 14.1 als Folge vom Äsen unter Hecken und Stachel­ drahtzäunen, in der oberen Seitenpartie Narben 14.2 von Flechten- und Milbenbefall, im oberen Hinterschenkel Ätzflecken 14.3 infolge Dung­ einwirkung beim Ruhen des Tieres, an der Flanke Riefen 14.4 als ausge­ heilte Striegelverletzungen und in den seitlichen Bauch- und Schenkel­ partien vernarbte Lochwunden 14.5 von Gabeltreibstichen und Fluchtver­ letzungen. Die Lage dieser typischen Fehler 14 im ausgebreiteten Roh-Leder 15 ist nach Fig. 2 übertragen. Daraus ergibt sich ohne wei­ teres, daß die praktische Bedeutung der Fehler 14 nicht nur von deren absoluter Größe, sondern auch von deren Lage abhängt. Denn die Güte des Leders 15 würde selbst durch einen starken Fehler 14 wenig beein­ trächtigt, wenn dieser sich in einem kaum verwertbaren Randbereich be­ findet, während selbst ein absolut kleiner Fehler 14 eine erhebliche Herabstufung der Güteklasse des Leders 15 bedingt, wenn dieser zwar kleine Fehler 14 mitten im Nutzbereich einer für die Weiterverarbei­ tung besonders wertvollen Region liegt.

Um die Lage und Größe von Fehlern 14 zu erfassen, wird die narbensei­ tige Oberfläche 11 des aufgespannten Leders 15 in der Wetblue-Qualität (also nach dem ersten Gerbgang des aus der Haut 12 abgespaltenen Ober­ leders) mittels Strahlungs-Sensoren 16 längs nebeneinander versetzter Zeilen auf signifikante Rückstrahlungs- oder Durchstrahlungs-Effekte abgetastet. Diese Sensoren 16 sind dafür längs einer Detektorzeile 17 quer zur Vorschubrichtung 18 des Leders 15 angeordnet und Erfassen so auch die Berandung 19 des zu untersuchenden Leders 15, neben der Position der auf seiner Fläche 11 detektierten Fehler 14.

Dazu wird das ausgebreitete Leder 15 gemäß Fig. 3 in einer Klassi­ fikations-Einrichtung 10 in den Spalt zwischen angetriebenen Trans­ portwalzen 20 eingeführt und in Vorschubrichtung 18 dadurch gespannt, daß eine Zugwalze 21 mit besonders griffiger, beispielsweise borsten­ besetzter Oberfläche unter Andruck über das Leder 15 gegen eine Stütz­ walze 22 eine etwas höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Transport­ walzen 20 aufweist und somit eine Streckung in Richtung des Vorschubes 18 auf das Leder 15 ausübt. Dabei passiert das Leder 15 eine Bestrahlungseinrichtung 23 mit parallel zur Zeile der Sensoren 16 sich erstreckenden (dicht gestaffelten punktförmigen oder röhrenförmigen) Strahlungsquellen 24, 24′ für Durchstrahlung des Leders 15 von seiner aasseitigen Unterfläche 25 in Richtung auf die narbenseitige Ober­ fläche 11 und/oder zur unter flachen Auflicht-Winkel erfolgender Streiflicht-Bestrahlung der narbenseitigen Oberfläche 11 - letzteres in der Prinzipskizze der Fig. 3 angedeutet durch einen L-förmigen Lichtleiter 26 mit dicht über der narbenseitigen Leder-Oberfläche 11 etwa parallel zur Vorschubrichtung 18 orientiertem Lichtauslaß. Über dem von unten durchstrahlten oder flach seitlich angestrahlten ak­ tuellen Inspektionsbereich 27 befinden sich die hierauf gerichteten Sensoren 16. Diese können, wie in Fig. 2 skizziert, aus einer Anzahl (dort fünf) handelsüblichen Zeilenkameras 28 mit in der Ebene des Inspektionsbereiches 27 aneinandergrenzenden oder leicht einander überlappenden Erfassungsstreifen bestehen. Vorzugsweise sind diese auf besondere Empfindlichkeit im Strahlungsbereich des nahen Infra­ rot-Spektrums gebracht, indem die üblicherweise in solchen Zeilenka­ meras 28 enthaltenen Infrarot-Filter entfernt sind; und die Strah­ lungsquellen 24 bzw. 24′ sind dementsprechend so ausgewählt, daß die Energieverteilung einen möglichst großen Anteil im nahen Infrarotbe­ reich aufweist.

Den einzelnen Sensoren 16 (von denen also jeweils mehrere nebeneinan­ der in einer Zeilenkamera 28 enthalten sind) sind über einen Paral­ lel-Bus 29 auf eine mehrkanalig parallel arbeitende Auswerteeinrich­ tung 30 geschaltet. In dieser wird mittels der als solchen bekannten Auswerteverfahren der statistischen Signalverarbeitungstechnik festge­ stellt, ob beispielsweise Durchlicht-Helligkeitsschwankungen darauf zurückzuführen sind, daß das Leder 15 zu den seitlichen (Bauch-)Par­ tien hin weniger kräftig als im mittleren Rückenbereich ist; oder ob positive bzw. negative Helligkeitssprünge derart gruppiert und lokal angeordnet sind, daß sie augenscheinlich auf Fehler 14 in Form von Löchern oder Narben zurückzuführen sind; mit Klassifizierung solcher Fehler 14 wie erwähnt nicht nur ihrer Größe, sondern auch ihrer Lage nach. Solche auf Löcher oder Narben zurückzuführende Fehler 14 stellen sich bei der Streiflicht-Beleuchtung als ausgeprägte lokale Schatten­ zentren dar und sind demnach mittels der Sensoren 16 in gleicher Weise erfaßbar, wie lokale Durchlichtschwankungen.

So liefert die Auswerteeinrichtung 30 eine Fehlerinformation 31 an ein Markiergerät 32, etwa einen Farbstoff-Sprüher, um die Lage besonders gravierender Fehler 14 direkt auf dem Leder 15 zu markieren. Wenn der Inspektionsbereich 27 das Ende des aktuell erfaßten Leders 15 erreicht hat, liefert darüberhinaus die Auswerteeinrichtung 30 eine Klassenin­ formation 33, die ebenfalls über dieses oder ein anderes Markiergerät 32 auf das Leder 15 übertragen werden kann und außerdem oder statt dessen als Steuerinformation für die Weichenstellung einer nachgeschal­ teten Ausschleusungsanlage 34 dienen kann, in der in als solcher be­ kannter Weise die Leder 15 unterschiedlicher Qualitätsstufe für die individuelle Weiterbehandlung sortiert werden.

Mit der dargestellten Einrichtung 10 ist eine Fehlerauflösung in der für die Belange der Praxis vollständig ausreichenden Größenordnung von 0,25 mm in Vorschubrichtung 18 erzielbar, mit quer dazu (in Richtung der Detektorzeile 17) erfolgender Auflösung nach Maßgabe der Auslegung der Sensoren 16 bzw. der Zeilenkameras 28. Dafür werden die Strah­ lungsquellen 24, 24′ vorzugsweise nicht im Dauerstrichbetrieb einge­ setzt, sondern im Blitzlichtbetrieb mit einer Blitzfolge in der Größenordnung von 800 Hertz, um einen Vorschub in der Größenordnung von 200 mm pro Sekunde und damit eine Sortierleistung von etwa 200 Stücken Leder pro Stunde zu erzielen. Für diese periodische Durch­ licht- bzw. Streiflicht-Bestrahlung eignen sich Hochenergie-Quarzlam­ pen, die eine hinreichende Strahlungsintensität auch zum Durchleuchten dickerer Lederpartien im infrarotnahen Rotlichtbereich liefern. Wie erwähnt werden zum Aufbau der Detektorzeile 17 zweckmäßigerweise nicht die vergleichsweise sehr teuren Infrarot-Kameras eingesetzt, sondern handelsübliche CCD-Zeilenkameras mit gesteigerter Infrarot-Empfind­ lichkeit durch Ausbau der an sich darin enthaltenen Infrarot-Filter­ scheiben.

Claims (8)

1. Einrichtung (10) zum Klassifizieren von Fehlern (14) in zu Leder zu verarbeitenden Häuten (12), dadurch gekennzeichnet, daß die im Wetblue-Zustand aufgespannte Haut (12) mit definiertem Vorschub quer über eine gestreckte Bestrahlungseinrichtung (23) mit einer Detektorzeile (17) für zeilenförmig gegeneinander versetztes streifenförmiges Erfassen langwelliger Infrarot-Strahlung fortbe­ wegt wird, mit Aufnahme zeilenförmiger Streiflicht-Schattenbilder von der Narben-Nutzseite der Haut (12) und/oder von zeilenförmiger Durchlicht-Intensität aufgrund Anstrahlung der Rückseite der Haut (12) und Parallelverarbeitung der Strahlungsintensitäts-Informa­ tionen in einer Auswerteeinrichtung (30), in der Experteninforma­ tionen über Fehlerarten in Klasseninformationen (33) nach Maßgabe der Größe, der Art, der Lage und der Menge der Fehler (14) auf der Haut (12) umsetzbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorzeile (17) aus einer Anordnung mehrerer Infra­ rot-Zeilenkameras besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorzeile (17) aus einer Anordnung handelsüblicher Kon­ sum-CCD-Kameras besteht, aus denen das Infrarot-Filter entfernt ist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (23) als Strahlungsquelle (24) eine Reihe von intensiven Wärmestrahlungsquarzlampen aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzlampen stroboskopisch betrieben werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Strahlungsquellen (24) und der Haut (12) mecha­ nische Schlitzblenden vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (30) ein Markiergerät (32) zur Kenn­ zeichnung bestimmter ermittelter Fehler (14) auf der Haut (12) bzw. der fehlerabhängigen Qualitätsstufe dieser Haut (12) ansteuert.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (30) eine Ausschleusungsanlage (34) zum Sortieren der Haut (12) nach Maßgabe der fehlerabhängig ermittelten Klasseninformation (33) ansteuert.