JP2001153739A - 線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置 - Google Patents
線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測材からの振動信号の振動波形、殊に加振
装置を用いることなく不可避的に生じる振動信号の振動
波形を新規な演算手法に基づいて的確に解析し得ること
により、周波数ピークから張力を算出する過程で、固有
振動数ピーク値を精度良くかつ安定的に検出することが
できる線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置
の提供。 【解決手段】 引張されて通線中の線材、棒材又は条材
からなる被測材３の振動波形を非接触式の振動測定手段
１１により測定し、その振動波形の周波数分析を最大エ
ントロピー法を用いて行い、卓越してなるピークの周波
数を共振振動数ピークと判断することを特徴とする線
材、棒材又は条材の張力測定方法。この場合、引張され
て通線中の線材、棒材又は条材からなる被測材３に対し
付加的な加振装置を用いることなく不可避的に生じる振
動信号を測定対象とすることが望ましい。
装置を用いることなく不可避的に生じる振動信号の振動
波形を新規な演算手法に基づいて的確に解析し得ること
により、周波数ピークから張力を算出する過程で、固有
振動数ピーク値を精度良くかつ安定的に検出することが
できる線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置
の提供。 【解決手段】 引張されて通線中の線材、棒材又は条材
からなる被測材３の振動波形を非接触式の振動測定手段
１１により測定し、その振動波形の周波数分析を最大エ
ントロピー法を用いて行い、卓越してなるピークの周波
数を共振振動数ピークと判断することを特徴とする線
材、棒材又は条材の張力測定方法。この場合、引張され
て通線中の線材、棒材又は条材からなる被測材３に対し
付加的な加振装置を用いることなく不可避的に生じる振
動信号を測定対象とすることが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、線材、棒材又は条
材の製造時において、線引き装置や圧延装置により引張
下で通線する線材、棒材又は条材の張力を非接触方式で
精度よくかつ安定して測定するための改良された張力測
定方法及び該測定方法の実施に好適に用いられる張力測
定装置に関する。
材の製造時において、線引き装置や圧延装置により引張
下で通線する線材、棒材又は条材の張力を非接触方式で
精度よくかつ安定して測定するための改良された張力測
定方法及び該測定方法の実施に好適に用いられる張力測
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】線材、棒材又は条材の可撓性材からなる
被測材の一例である光ファイバにおける線引き張力の測
定に関する先行技術が、特開平09−229854号公報、特開
平09−241032号公報に挙げられる。この両技術に共通す
る構成上の特徴はガス流やスピーカを用いた加振装置を
付加した非接触方式の振動測定手段を備えていることで
ある。前記加振装置を用いると、光ファイバは共振周波
数で励振されるため、フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用し
て共振周波数を容易に読み取ることができるからであ
る。
被測材の一例である光ファイバにおける線引き張力の測
定に関する先行技術が、特開平09−229854号公報、特開
平09−241032号公報に挙げられる。この両技術に共通す
る構成上の特徴はガス流やスピーカを用いた加振装置を
付加した非接触方式の振動測定手段を備えていることで
ある。前記加振装置を用いると、光ファイバは共振周波
数で励振されるため、フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用し
て共振周波数を容易に読み取ることができるからであ
る。
【０００３】しかしながら被測材が特に光ファイバの場
合は、小さい振動が与えられることによっても伸長を生
じて製品の品質に悪影響を及ぼす問題があることから、
できるだけ付加的な加振装置を用いることなく、不可避
的かつ自然発生的に生じる振動信号を利用して張力を算
定することが可能な測定技術の出現が斯界において望ま
れていた。このような要望に応え得る典型的な先行技術
として特開平10−316446号公報等に挙示される公知の測
定技術がある。これは、レーザ方式の非接触ファイバ振
動検出センサで通線時の自然発生的な線材の振動を光学
的に検出する方式であり、この場合、検出した線引き中
の光ファイバの振動波形は、一般的にＦＦＴによってそ
の周波数分析を行っているが、線引き中の光ファイバの
場合は、加えられる張力が小さく、かつ、両端の非自由
点間の光ファイバ長さ（スパン；span）が長くて、しか
も周囲に冷却風等の流れが生じているために、外乱が光
ファイバに加わっている。このことから、ピークの基本
周波数以外にもこれに近似の振動波形を持つノイズを近
接した位置で含んでおり、従って、前述のＦＦＴ解析を
行ってもノイズとの判別がつかないために基本周波数が
特定し難くて、周波数分析の結果から張力を正確に求め
ることが難しかった。
合は、小さい振動が与えられることによっても伸長を生
じて製品の品質に悪影響を及ぼす問題があることから、
できるだけ付加的な加振装置を用いることなく、不可避
的かつ自然発生的に生じる振動信号を利用して張力を算
定することが可能な測定技術の出現が斯界において望ま
れていた。このような要望に応え得る典型的な先行技術
として特開平10−316446号公報等に挙示される公知の測
定技術がある。これは、レーザ方式の非接触ファイバ振
動検出センサで通線時の自然発生的な線材の振動を光学
的に検出する方式であり、この場合、検出した線引き中
の光ファイバの振動波形は、一般的にＦＦＴによってそ
の周波数分析を行っているが、線引き中の光ファイバの
場合は、加えられる張力が小さく、かつ、両端の非自由
点間の光ファイバ長さ（スパン；span）が長くて、しか
も周囲に冷却風等の流れが生じているために、外乱が光
ファイバに加わっている。このことから、ピークの基本
周波数以外にもこれに近似の振動波形を持つノイズを近
接した位置で含んでおり、従って、前述のＦＦＴ解析を
行ってもノイズとの判別がつかないために基本周波数が
特定し難くて、周波数分析の結果から張力を正確に求め
ることが難しかった。
【０００４】このようなことから、特開平10−316446号
公報に記載の先行技術は、振動波形をＦＦＴ解析する
際、検索中央値ａ、検索幅ｂを事前に設定して、検索範
囲を狭めて特定する方法及び数回に亘る計測作業におい
て前回検出したピーク値を次回の検索中央値とする等の
方法を採用している。
公報に記載の先行技術は、振動波形をＦＦＴ解析する
際、検索中央値ａ、検索幅ｂを事前に設定して、検索範
囲を狭めて特定する方法及び数回に亘る計測作業におい
て前回検出したピーク値を次回の検索中央値とする等の
方法を採用している。
【０００５】しかしながら上述する先行技術では、線引
き炉の近くに通常具備されるレーザ式外径測定器を振動
検出センサに共用しようとしても、その個所が外乱を多
く含む個所であるためにＦＦＴ解析が依然として困難で
あるところから、類似方式のレーザ式振動検出センサを
別の個所に、例えば、被覆ダイスよりも上流側に別途設
ける必要があり、スペースを占有する問題がある。加え
て、張力測定にあたっては事前に予備テストを行うか、
或いは経験的に設定値を予測しなければならず、取扱い
上の面倒な点が存することは免れない。また、その際の
設定が適切でなければ、見当違いの周波数を検出して誤
った張力値に収束してしまう恐れもある。
き炉の近くに通常具備されるレーザ式外径測定器を振動
検出センサに共用しようとしても、その個所が外乱を多
く含む個所であるためにＦＦＴ解析が依然として困難で
あるところから、類似方式のレーザ式振動検出センサを
別の個所に、例えば、被覆ダイスよりも上流側に別途設
ける必要があり、スペースを占有する問題がある。加え
て、張力測定にあたっては事前に予備テストを行うか、
或いは経験的に設定値を予測しなければならず、取扱い
上の面倒な点が存することは免れない。また、その際の
設定が適切でなければ、見当違いの周波数を検出して誤
った張力値に収束してしまう恐れもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術が持つ問題点の解消を図るために成されたもの
であって、本発明の目的は、光ファイバ等の被測材にお
ける振動信号の振動波形を、殊に加振装置を用いること
なく自然発生的に生じる振動信号の振動波形を、従来考
慮されなかった斬新な演算手法に基づいて的確に解析し
得ることによって、周波数ピークから張力を算出する過
程で、固有振動数ピーク値を精度良くかつ安定的に検出
することを可能とし得る線材、棒材又は条材の張力測定
方法及びその装置を提供することにある。
従来技術が持つ問題点の解消を図るために成されたもの
であって、本発明の目的は、光ファイバ等の被測材にお
ける振動信号の振動波形を、殊に加振装置を用いること
なく自然発生的に生じる振動信号の振動波形を、従来考
慮されなかった斬新な演算手法に基づいて的確に解析し
得ることによって、周波数ピークから張力を算出する過
程で、固有振動数ピーク値を精度良くかつ安定的に検出
することを可能とし得る線材、棒材又は条材の張力測定
方法及びその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明における請求項１の発明は、引張下で通線中
の線材、棒材又は条材からなる被測材の振動波形を非接
触式の振動測定手段により測定し、その振動波形の周波
数分析を最大エントロピー法を用いて行い、卓越してな
るピークの周波数を共振振動数ピークと判断することを
特徴とする線材、棒材又は条材の張力測定方法である。
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明における請求項１の発明は、引張下で通線中
の線材、棒材又は条材からなる被測材の振動波形を非接
触式の振動測定手段により測定し、その振動波形の周波
数分析を最大エントロピー法を用いて行い、卓越してな
るピークの周波数を共振振動数ピークと判断することを
特徴とする線材、棒材又は条材の張力測定方法である。
【０００８】また、本発明における請求項２の発明は、
上記の請求項１の発明に係る線材、棒材又は条材の張力
測定方法において、付加的な加振装置は用いなく前記被
測材に不可避的に発生する振動を前記振動測定手段の測
定対象とする構成であることを特徴とする。
上記の請求項１の発明に係る線材、棒材又は条材の張力
測定方法において、付加的な加振装置は用いなく前記被
測材に不可避的に発生する振動を前記振動測定手段の測
定対象とする構成であることを特徴とする。
【０００９】また、本発明における請求項３の発明は、
引張下で通線中の線材、棒材又は条材からなる被測材に
近接して設けられ該被測材の振動を光学的に測定する非
接触式の振動測定手段と、測定した振動波形のスペクト
ルから最大エントロピー法に基づきピークの周波数を求
めてこれを固有振動数ピークと判断する振動数ピーク演
算手段と、前記被測材における通線速度、両端の非自由
点間の被測材長さ及び単位長当たりの質量に基づき前記
固有振動数ピークから目的の張力を求める張力演算手段
とを含んで構成されることを特徴とする線材、棒材又は
条材の張力測定装置である。
引張下で通線中の線材、棒材又は条材からなる被測材に
近接して設けられ該被測材の振動を光学的に測定する非
接触式の振動測定手段と、測定した振動波形のスペクト
ルから最大エントロピー法に基づきピークの周波数を求
めてこれを固有振動数ピークと判断する振動数ピーク演
算手段と、前記被測材における通線速度、両端の非自由
点間の被測材長さ及び単位長当たりの質量に基づき前記
固有振動数ピークから目的の張力を求める張力演算手段
とを含んで構成されることを特徴とする線材、棒材又は
条材の張力測定装置である。
【００１０】本発明の張力測定方法並びにその張力測定
装置においては、非接触式の振動測定手段により測定し
た通線中の被測材の振動波形の周波数分析を最大エント
ロピー法を用いて実行し、卓越してなるピークの周波数
を固有振動数ピークとするものであり、高い周波数分解
能の要求を満たす点ですぐれた手法の最大エントロピー
法を用いてスペクトル解析を行ったところに特徴が存す
る。すなわち、最大エントロピー法は、自己回帰モデル
あるいは線形予測モデルともよばれて、短いデータから
分解能の高いスペクトル解析が可能な手法であり、外乱
に起因するノイズと光ファイバ固有の振動波形とを明確
に区別することが可能で、固有振動数周波数の検出精度
を向上し得る。その結果、目的とする張力計算結果の変
動幅も小さくなって、通線制御対象に対して高精度で安
定した制御用信号を速やかに与えることができる。
装置においては、非接触式の振動測定手段により測定し
た通線中の被測材の振動波形の周波数分析を最大エント
ロピー法を用いて実行し、卓越してなるピークの周波数
を固有振動数ピークとするものであり、高い周波数分解
能の要求を満たす点ですぐれた手法の最大エントロピー
法を用いてスペクトル解析を行ったところに特徴が存す
る。すなわち、最大エントロピー法は、自己回帰モデル
あるいは線形予測モデルともよばれて、短いデータから
分解能の高いスペクトル解析が可能な手法であり、外乱
に起因するノイズと光ファイバ固有の振動波形とを明確
に区別することが可能で、固有振動数周波数の検出精度
を向上し得る。その結果、目的とする張力計算結果の変
動幅も小さくなって、通線制御対象に対して高精度で安
定した制御用信号を速やかに与えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。先ず、
この実施形態の説明の前に最大エントロピー法（ Maxim
um EntropyMethod、以下、ＭＥＭと略称する）の内容を
概説する。
を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。先ず、
この実施形態の説明の前に最大エントロピー法（ Maxim
um EntropyMethod、以下、ＭＥＭと略称する）の内容を
概説する。
【００１２】ＭＥＭは、与えられたＮ点の時系列データ
｛ｘi ｝を、仮定したｍ点の予測誤差フィルタγm に通
し、そのときの出力Ｐm が最小になるようにｍ＝１から
漸化的にフィルタ係数γm とフィルタ出力Ｐm 、自己相
関関数Ｃm を計算する手法である。なお、周波数スペク
トルＰ(f) は、求まった自己相関関数Ｃm から下記式
（Ａ）、（Ｂ）に示す Wiener-Khintchineの関係式を利
用して計算する。
｛ｘi ｝を、仮定したｍ点の予測誤差フィルタγm に通
し、そのときの出力Ｐm が最小になるようにｍ＝１から
漸化的にフィルタ係数γm とフィルタ出力Ｐm 、自己相
関関数Ｃm を計算する手法である。なお、周波数スペク
トルＰ(f) は、求まった自己相関関数Ｃm から下記式
（Ａ）、（Ｂ）に示す Wiener-Khintchineの関係式を利
用して計算する。
【数１】
【００１３】フィルタ出力Ｐm は、下記の図式に示され
るように予測誤差フィルタγm に時系列データ｛ｘi ｝
を前から通す場合の出力｛ｙi ｝と後向きに通す場合の
出力｛ｙi ' ｝の２乗和（下記式（Ｃ）参照）で定義
し、その値（≒エントロピー）が最小となる条件を課す
ことで係数を決定する。
るように予測誤差フィルタγm に時系列データ｛ｘi ｝
を前から通す場合の出力｛ｙi ｝と後向きに通す場合の
出力｛ｙi ' ｝の２乗和（下記式（Ｃ）参照）で定義
し、その値（≒エントロピー）が最小となる条件を課す
ことで係数を決定する。
【数２】
【００１４】具体的にフィルタ出力Ｐm が最小となる条
件を課すための漸加式を計算してみると、下記の通りで
ある。
件を課すための漸加式を計算してみると、下記の通りで
ある。
【数３】
【００１５】上記計算式は、ｍ＜３の場合の式である
が、ｍ≧３では一般的に次式で計算する。
が、ｍ≧３では一般的に次式で計算する。
【数４】
【００１６】◇γm,k の決定既に求まっているγm-1,k
と上記（Ｄ）式で求まったγm,m とから、Levinsonアル
ゴリズムに従ってγm,k を計算する。 γm,k ＝γm-1,k ＋γm,m * γm-1,m-k ……（Ｅ） ◇Ｐm の計算 Ｐm ＝Ｐm-1 （１−γm,m 2 ） ……（Ｆ） ◇自己相関関数Ｃm の計算 Ｃm ＝−〔γm1Ｃm-1 ＋γm2Ｃm-2 ＋…＋γmmＣ0 〕…（Ｇ）
と上記（Ｄ）式で求まったγm,m とから、Levinsonアル
ゴリズムに従ってγm,k を計算する。 γm,k ＝γm-1,k ＋γm,m * γm-1,m-k ……（Ｅ） ◇Ｐm の計算 Ｐm ＝Ｐm-1 （１−γm,m 2 ） ……（Ｆ） ◇自己相関関数Ｃm の計算 Ｃm ＝−〔γm1Ｃm-1 ＋γm2Ｃm-2 ＋…＋γmmＣ0 〕…（Ｇ）
【００１７】そして、エントロピーを最大ならしめる周
波数スペクトルＰ(f) はフィルタ係数γm を用いて下記
式（Ｈ）となる。
波数スペクトルＰ(f) はフィルタ係数γm を用いて下記
式（Ｈ）となる。
【数５】
【００１８】以上説明したＭＥＭでは、フーリエ変換の
ようにデータ個数を２のべき乗に選ぶ必要がなく、自由
なデータ個数を選定できる利点がある。そこで、ＭＥＭ
を用いて固有振動数ピークから張力を算定する場合、所
望の張力算定精度を実現し、かつ演算時間が最小となる
ように振動信号のサンプリング周波数とデータ個数と選
定する必要があるが、これらの点については後記の実施
形態に基づいて後述する。
ようにデータ個数を２のべき乗に選ぶ必要がなく、自由
なデータ個数を選定できる利点がある。そこで、ＭＥＭ
を用いて固有振動数ピークから張力を算定する場合、所
望の張力算定精度を実現し、かつ演算時間が最小となる
ように振動信号のサンプリング周波数とデータ個数と選
定する必要があるが、これらの点については後記の実施
形態に基づいて後述する。
【００１９】図１には、本発明の実施の形態に係る光フ
ァイバ線引き装置の略示全体構造図が表される。図１図
示の線引き装置は、上方から下方に向けて記載順に配設
された母材送り装置１０、線引き炉２、冷却管４、第１
被覆ダイス５、第１樹脂硬化装置６、第２被覆ダイス
７、第２樹脂硬化装置８及び引取りキャプスタン９の各
要素機器から構成されていて（但し、光ファイバを回収
するための巻取機は省略する）、線引き炉２と冷却管４
との間には、外径振動測定器１１が線引き中の光ファイ
バ３に近接した位置で囲ませて設けられ、また、第１樹
脂硬化装置６と第２被覆ダイス７との間には、外径振動
測定器１２が線引き中の光ファイバ３に近接した位置で
囲ませて設けられ、さらに、第２樹脂硬化装置８の直下
部には、外径振動測定器１３が線引き中の光ファイバ３
に近接した位置で囲ませて設けられる。
ァイバ線引き装置の略示全体構造図が表される。図１図
示の線引き装置は、上方から下方に向けて記載順に配設
された母材送り装置１０、線引き炉２、冷却管４、第１
被覆ダイス５、第１樹脂硬化装置６、第２被覆ダイス
７、第２樹脂硬化装置８及び引取りキャプスタン９の各
要素機器から構成されていて（但し、光ファイバを回収
するための巻取機は省略する）、線引き炉２と冷却管４
との間には、外径振動測定器１１が線引き中の光ファイ
バ３に近接した位置で囲ませて設けられ、また、第１樹
脂硬化装置６と第２被覆ダイス７との間には、外径振動
測定器１２が線引き中の光ファイバ３に近接した位置で
囲ませて設けられ、さらに、第２樹脂硬化装置８の直下
部には、外径振動測定器１３が線引き中の光ファイバ３
に近接した位置で囲ませて設けられる。
【００２０】前記外径振動測定器１１とこの測定器１１
からの振動信号が導入される張力測定器１４とを組み合
わせて張力測定装置が形成され、この張力測定装置が本
発明の実施の形態に係る線引き張力測定装置を構成して
いて、外径振動測定器１１が、光ファイバ３の振動を光
学的に測定する例えばレーザ式になる非接触式の振動測
定手段に対応し、一方、張力測定器１４が、測定した振
動波形のスペクトルから最大エントロピー法に基づきピ
ークの周波数を求めてこれを固有振動数ピークと判断す
る振動数ピーク演算手段と、前記固有振動数ピークから
目的の張力を求める張力演算手段とからなる演算手段に
対応している。
からの振動信号が導入される張力測定器１４とを組み合
わせて張力測定装置が形成され、この張力測定装置が本
発明の実施の形態に係る線引き張力測定装置を構成して
いて、外径振動測定器１１が、光ファイバ３の振動を光
学的に測定する例えばレーザ式になる非接触式の振動測
定手段に対応し、一方、張力測定器１４が、測定した振
動波形のスペクトルから最大エントロピー法に基づきピ
ークの周波数を求めてこれを固有振動数ピークと判断す
る振動数ピーク演算手段と、前記固有振動数ピークから
目的の張力を求める張力演算手段とからなる演算手段に
対応している。
【００２１】前記外径振動測定器１２とこの測定器１２
からの振動信号が導入される張力測定器１５とを組み合
わせて張力測定装置が形成され、また、前記外径振動測
定器１３とこの測定器１３からの振動信号が導入される
張力測定器１６とを組み合わせて張力測定装置が形成さ
れ、それらの張力測定装置は、外径振動測定器１１と張
力測定器１４とからなる張力測定装置に類似した構成と
なっている。
からの振動信号が導入される張力測定器１５とを組み合
わせて張力測定装置が形成され、また、前記外径振動測
定器１３とこの測定器１３からの振動信号が導入される
張力測定器１６とを組み合わせて張力測定装置が形成さ
れ、それらの張力測定装置は、外径振動測定器１１と張
力測定器１４とからなる張力測定装置に類似した構成と
なっている。
【００２２】なお、図１図示の線引き装置には線引き張
力制御装置が付設されていて、この線引き張力制御装置
は、外径振動測定器１１及び張力測定器１４からなる前
記線引き張力測定装置と、線引き炉２の出力（加熱源出
力）調節を行わせる線引き炉電源盤１７及びマイクロコ
ンピュータ等の演算・制御要素部材を備える制御部１８
からなる線引き炉出力調節手段と、線引き中の光ファイ
バ３に対する目標張力を設定するための張力設定器２０
で実現される張力設定手段と、測定張力と設定張力とを
比較演算する比較器１９とを含んで構成される。
力制御装置が付設されていて、この線引き張力制御装置
は、外径振動測定器１１及び張力測定器１４からなる前
記線引き張力測定装置と、線引き炉２の出力（加熱源出
力）調節を行わせる線引き炉電源盤１７及びマイクロコ
ンピュータ等の演算・制御要素部材を備える制御部１８
からなる線引き炉出力調節手段と、線引き中の光ファイ
バ３に対する目標張力を設定するための張力設定器２０
で実現される張力設定手段と、測定張力と設定張力とを
比較演算する比較器１９とを含んで構成される。
【００２３】このような線引き装置は、母材送り装置１
０に取付けられた光ファイバ母材１が、線引き炉２に送
られて所定温度下で過熱溶融され、引取りキャプスタン
９によって線引きされることにより光ファイバ３が製造
される。この場合、光ファイバ３は、外径振動測定器１
１によって外径及び振動が測定され、計測した外径が所
定径になるように引取りキャプスタン９の回転速度が制
御されるようになっている。
０に取付けられた光ファイバ母材１が、線引き炉２に送
られて所定温度下で過熱溶融され、引取りキャプスタン
９によって線引きされることにより光ファイバ３が製造
される。この場合、光ファイバ３は、外径振動測定器１
１によって外径及び振動が測定され、計測した外径が所
定径になるように引取りキャプスタン９の回転速度が制
御されるようになっている。
【００２４】線引き炉２から繰り出された光ファイバ３
は、外径振動測定器１１で外径が測定された後に冷却管
４に送られて、ここで冷風により冷却され、その後、第
１被覆ダイス５でプライマリーと称される第１層目の樹
脂が被覆され、次いで、第１樹脂硬化装置６で被覆樹脂
が硬化される。そして、外径振動測定器１２で第１層目
の被覆径が計測される。同様にして、セカンダリーと称
される第２層目の樹脂被覆が行われるとともに、第２層
目の被覆径が計測された後、引取りキャプスタン９で引
取られる。
は、外径振動測定器１１で外径が測定された後に冷却管
４に送られて、ここで冷風により冷却され、その後、第
１被覆ダイス５でプライマリーと称される第１層目の樹
脂が被覆され、次いで、第１樹脂硬化装置６で被覆樹脂
が硬化される。そして、外径振動測定器１２で第１層目
の被覆径が計測される。同様にして、セカンダリーと称
される第２層目の樹脂被覆が行われるとともに、第２層
目の被覆径が計測された後、引取りキャプスタン９で引
取られる。
【００２５】外径振動測定器１１、１２、１３は、前述
したように従来の機能である「外径計測センサ」に加え
て「ファイバ振動計測センサ」の機能を併せ持ってい
る。光ファイバの径及び振動の測定説明図が示される図
２を参照すると、光ファイバ３にレーザ平行光を照射さ
せて、基準点に対する光ファイバ３の最近側表面の距離
ｘ1 及び最遠側表面の距離ｘ2 を算出し、この算出結果
から、Ｄ＝ｘ2 −ｘ1 により光ファイバ３の外径Ｄを求
め、また、Ｏ＝（ｘ2 + ｘ1 ）／２により光ファイバ３
中心が基準点に対する距離の変化、すなわち、光ファイ
バ３の振動を求めることが可能である。
したように従来の機能である「外径計測センサ」に加え
て「ファイバ振動計測センサ」の機能を併せ持ってい
る。光ファイバの径及び振動の測定説明図が示される図
２を参照すると、光ファイバ３にレーザ平行光を照射さ
せて、基準点に対する光ファイバ３の最近側表面の距離
ｘ1 及び最遠側表面の距離ｘ2 を算出し、この算出結果
から、Ｄ＝ｘ2 −ｘ1 により光ファイバ３の外径Ｄを求
め、また、Ｏ＝（ｘ2 + ｘ1 ）／２により光ファイバ３
中心が基準点に対する距離の変化、すなわち、光ファイ
バ３の振動を求めることが可能である。
【００２６】このようにして検出した各振動信号は、対
応する張力測定器１４、１５、１６に導入され、ここ
で、ＭＥＭに基づいて固有振動数ピーク値を求めた後、
下記式（Ｉ）で張力を算出する。 ｆ＝（ｃ2 −ｖ2 ）／２ｃＬ， ｃ＝√（Ｔ／μ） 厳密式 Ｔ＝μ [ｆＬ＋（ｆ2 Ｌ2 ＋ｖ2 ）1/2]2 ………（Ｉ） 簡易式（ｖ≒０）Ｔ＝４μｆ2 Ｌ2 但し、Ｔ：張力、ｆ：固有振動数、ｖ：線引き速度、
Ｌ：線引き炉２から第１被覆ダイス５までの（両端の非
自由点間の）長さ（スパン）、μ：単位長さ当たりの光
ファイバ３の質量、
応する張力測定器１４、１５、１６に導入され、ここ
で、ＭＥＭに基づいて固有振動数ピーク値を求めた後、
下記式（Ｉ）で張力を算出する。 ｆ＝（ｃ2 −ｖ2 ）／２ｃＬ， ｃ＝√（Ｔ／μ） 厳密式 Ｔ＝μ [ｆＬ＋（ｆ2 Ｌ2 ＋ｖ2 ）1/2]2 ………（Ｉ） 簡易式（ｖ≒０）Ｔ＝４μｆ2 Ｌ2 但し、Ｔ：張力、ｆ：固有振動数、ｖ：線引き速度、
Ｌ：線引き炉２から第１被覆ダイス５までの（両端の非
自由点間の）長さ（スパン）、μ：単位長さ当たりの光
ファイバ３の質量、
【００２７】図３には、光ファイバ線引き装置で測定し
た光ファイバの振動信号の例が（イ）に、同信号をＭＥ
Ｍにより解析した場合の周波数分析結果が（ロ）に、同
信号をフーリエ変換で解析した場合の周波数分析結果が
（ハ）にそれぞれ示される。図３（イ）において横軸は
時間で、トータル４秒間の振動信号である。全く同じ振
動信号を周波数分析しても、（ロ）と（ハ）の結果は大
きく異なる。すなわち、（ハ）のフーリエ変換ではピー
クが林立し、かつ振幅も共振周波数と同程度のピークが
接近して存在するため、共振周波数の判定が困難となる
が、これに対して（ロ）のＭＥＭでは周波数スペクトル
は滑らかな曲線となり、従って、ピークの周波数をノイ
ズとの関連で見誤るおそれは全くない。
た光ファイバの振動信号の例が（イ）に、同信号をＭＥ
Ｍにより解析した場合の周波数分析結果が（ロ）に、同
信号をフーリエ変換で解析した場合の周波数分析結果が
（ハ）にそれぞれ示される。図３（イ）において横軸は
時間で、トータル４秒間の振動信号である。全く同じ振
動信号を周波数分析しても、（ロ）と（ハ）の結果は大
きく異なる。すなわち、（ハ）のフーリエ変換ではピー
クが林立し、かつ振幅も共振周波数と同程度のピークが
接近して存在するため、共振周波数の判定が困難となる
が、これに対して（ロ）のＭＥＭでは周波数スペクトル
は滑らかな曲線となり、従って、ピークの周波数をノイ
ズとの関連で見誤るおそれは全くない。
【００２８】図４には、光ファイバ線引き装置において
最大エントロピー法で共振周波数を読み取り、光ファイ
バ線引き張力の時間変動を計算した時間遷移線図が示さ
れ、一方、図５には、図４に対応するフーリエ変換で機
械的に最大ピーク周波数を読み取り、計算した光ファイ
バ線引き張力の時間変動を表す時間遷移線図が示され
る。両図の比較結果から明らかなように、最大エントロ
ピー法では、線引き張力の時間変動が小さく安定した値
となっているのに対して、フーリエ変換の場合は共振周
波数を誤認する場合があるため、張力値が大きく変動し
ている。
最大エントロピー法で共振周波数を読み取り、光ファイ
バ線引き張力の時間変動を計算した時間遷移線図が示さ
れ、一方、図５には、図４に対応するフーリエ変換で機
械的に最大ピーク周波数を読み取り、計算した光ファイ
バ線引き張力の時間変動を表す時間遷移線図が示され
る。両図の比較結果から明らかなように、最大エントロ
ピー法では、線引き張力の時間変動が小さく安定した値
となっているのに対して、フーリエ変換の場合は共振周
波数を誤認する場合があるため、張力値が大きく変動し
ている。
【００２９】ところで、最大エントロピー法に基づく本
発明の実施形態に係る張力測定に当たっては、振動測定
手段としての振動計のサンプリング周波数ｆs と、振動
信号のデータ点数Ｎとを適切に選定することによって最
短の演算時間で張力の算定が可能となるのである。図６
に、最大エントロピー法で求めた光ファイバ線引き張力
における振動信号データ点数に対する演算時間及び張力
精度の関係が線図で示される。
発明の実施形態に係る張力測定に当たっては、振動測定
手段としての振動計のサンプリング周波数ｆs と、振動
信号のデータ点数Ｎとを適切に選定することによって最
短の演算時間で張力の算定が可能となるのである。図６
に、最大エントロピー法で求めた光ファイバ線引き張力
における振動信号データ点数に対する演算時間及び張力
精度の関係が線図で示される。
【００３０】この図６を参照して、所望の張力算定精度
を得るには、張力の算定誤差ε、線材の１次の共振周波
数ｆ、振動計のサンプリング周波数ｆs 、データ点数Ｎ
とした場合、下式（Ｊ） Ｎ≧２ｆs ／（εｆ） ………………（Ｊ） 但し、ε＝ΔＴ／Ｔ を満たすデータ点数Ｎを選定することによって、最も短
い時間で周波数分析が可能である。
を得るには、張力の算定誤差ε、線材の１次の共振周波
数ｆ、振動計のサンプリング周波数ｆs 、データ点数Ｎ
とした場合、下式（Ｊ） Ｎ≧２ｆs ／（εｆ） ………………（Ｊ） 但し、ε＝ΔＴ／Ｔ を満たすデータ点数Ｎを選定することによって、最も短
い時間で周波数分析が可能である。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。光ファイバ線引き装置において、
様々の線引き速度の下で非接触式のレーザ式振動計によ
って線引き中の光ファイバの振動信号を実際に測定し
て、最大エントロピー法とフーリエ変換とで張力を計算
したところ、張力の算定結果とその変動量とは、図７の
図表及び図８の線図に示す通りとなった。両図を参照す
ると、どの場合も最大エントロピー法ではフーリエ変換
に比較してバラツキが約半分と少なくなっていることが
明らかである。なお、従来用いられていた接触式の張力
計での測定は、引取キャプスタン９（図１参照）の下流
で行っていたため、ダイスの抵抗などを受けて、母材の
線引張力の測定結果よりも遙に大きな値となることから
図７の図表には示していない。
照しながら説明する。光ファイバ線引き装置において、
様々の線引き速度の下で非接触式のレーザ式振動計によ
って線引き中の光ファイバの振動信号を実際に測定し
て、最大エントロピー法とフーリエ変換とで張力を計算
したところ、張力の算定結果とその変動量とは、図７の
図表及び図８の線図に示す通りとなった。両図を参照す
ると、どの場合も最大エントロピー法ではフーリエ変換
に比較してバラツキが約半分と少なくなっていることが
明らかである。なお、従来用いられていた接触式の張力
計での測定は、引取キャプスタン９（図１参照）の下流
で行っていたため、ダイスの抵抗などを受けて、母材の
線引張力の測定結果よりも遙に大きな値となることから
図７の図表には示していない。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３３】本発明によれば、引張下で通線中の線材、
棒材又は条材からなる被測材の振動波形の周波数分析を
最大エントロピー法を用いて実行し、卓越してなるピー
クの周波数を固有振動数ピークとするものであるから、
短いデータから分解能の高いスペクトル解析が可能で、
外乱に起因するノイズと被測材固有の振動波形とを明確
に区別することができ、固有振動数周波数の検出精度を
向上し得る。その結果、目的とする張力計算結果の変動
幅も小さくなって、張力を指針に線引き条件、圧延条件
を制御することで被測材の外径等外形寸法を高精度で安
定させることができる。
棒材又は条材からなる被測材の振動波形の周波数分析を
最大エントロピー法を用いて実行し、卓越してなるピー
クの周波数を固有振動数ピークとするものであるから、
短いデータから分解能の高いスペクトル解析が可能で、
外乱に起因するノイズと被測材固有の振動波形とを明確
に区別することができ、固有振動数周波数の検出精度を
向上し得る。その結果、目的とする張力計算結果の変動
幅も小さくなって、張力を指針に線引き条件、圧延条件
を制御することで被測材の外径等外形寸法を高精度で安
定させることができる。
【００３４】また、本発明によれば、非接触下で２次的
な加振装置を付加することなく、不可避的な振動を基に
安定して張力を測定できるため、引張下で通線中の被測
材の品質をさらに向上させることが可能である。
な加振装置を付加することなく、不可避的な振動を基に
安定して張力を測定できるため、引張下で通線中の被測
材の品質をさらに向上させることが可能である。
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバ線引き装
置の略示全体構造図である。
置の略示全体構造図である。
【図２】光ファイバの径及び振動の測定説明図である。
【図３】光ファイバ線引き装置での光ファイバの振動信
号の線図であり、（イ）は測定例、（ロ）は同信号の最
大エントロピー法による周波数分析結果、（ハ）は同信
号のフーリエ変換による周波数分析結果である。
号の線図であり、（イ）は測定例、（ロ）は同信号の最
大エントロピー法による周波数分析結果、（ハ）は同信
号のフーリエ変換による周波数分析結果である。
【図４】光ファイバ線引き装置での最大エントロピー法
で求めた光ファイバ線引き張力の時間遷移線図である。
で求めた光ファイバ線引き張力の時間遷移線図である。
【図５】図４に対応するフーリエ変換で求めた光ファイ
バ線引き張力の時間遷移線図である。
バ線引き張力の時間遷移線図である。
【図６】最大エントロピー法で求めた光ファイバ線引き
張力における振動信号データ点数に対する演算時間及び
張力精度の関係を示す線図である。
張力における振動信号データ点数に対する演算時間及び
張力精度の関係を示す線図である。
【図７】最大エントロピー法とフーリエ変換の解析に基
づく線引き速度変化に対する光ファイバ線引き張力の算
定結果及び変動幅の関係を示す図表である。
づく線引き速度変化に対する光ファイバ線引き張力の算
定結果及び変動幅の関係を示す図表である。
【図８】最大エントロピー法（左列）とフーリエ変換
（右列）の解析に基づく線引き速度変化に対する光ファ
イバ線引き張力の算定結果及び変動幅の関係を示す線図
である。
（右列）の解析に基づく線引き速度変化に対する光ファ
イバ線引き張力の算定結果及び変動幅の関係を示す線図
である。
１…光ファイバ母材 ２…線引き炉 ３
…光ファイバ ４…冷却管 ５…第１被覆ダイス ６
…第１樹脂硬化装置 ７…第２被覆ダイス ８…第２樹脂硬化装置 ９
…引取りキャプスタン １０…母材送り装置 １１…外径振動測定器 １
２…外径振動測定器 １３…外径振動測定器 １４…張力測定器 １
５…張力測定器 １６…張力測定器
…光ファイバ ４…冷却管 ５…第１被覆ダイス ６
…第１樹脂硬化装置 ７…第２被覆ダイス ８…第２樹脂硬化装置 ９
…引取りキャプスタン １０…母材送り装置 １１…外径振動測定器 １
２…外径振動測定器 １３…外径振動測定器 １４…張力測定器 １
５…張力測定器 １６…張力測定器
Claims (3)
- 【請求項１】 引張下で通線中の線材、棒材又は条材か
らなる被測材の振動波形を非接触式の振動測定手段によ
り測定し、その振動波形の周波数分析を最大エントロピ
ー法を用いて行い、卓越してなるピークの周波数を共振
振動数ピークと判断することを特徴とする線材、棒材又
は条材の張力測定方法。 - 【請求項２】 付加的な加振装置は用いなく前記被測材
に不可避的に発生する振動を前記振動測定手段の測定対
象とする請求項１記載の線材、棒材又は条材の張力測定
方法。 - 【請求項３】 引張下で通線中の線材、棒材又は条材か
らなる被測材に近接して設けられ該被測材の振動を光学
的に測定する非接触式の振動測定手段と、測定した振動
波形のスペクトルから最大エントロピー法に基づきピー
クの周波数を求めてこれを固有振動数ピークと判断する
振動数ピーク演算手段と、前記被測材における通線速
度、両端の非自由点間の被測材長さ及び単位長当たりの
質量に基づき前記固有振動数ピークから目的の張力を求
める張力演算手段とを含むことを特徴とする線材、棒材
又は条材の張力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33354599A JP2001153739A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33354599A JP2001153739A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001153739A true JP2001153739A (ja) | 2001-06-08 |
Family
ID=18267256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33354599A Pending JP2001153739A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 線材、棒材又は条材の張力測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001153739A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002068924A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede permettant de mesurer la force de traction d'une fibre optique |
| JPWO2021064811A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33354599A patent/JP2001153739A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002068924A1 (fr) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede permettant de mesurer la force de traction d'une fibre optique |
| US6816245B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-11-09 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of measuring optical fiber drawing tension |
| JPWO2021064811A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | ||
| WO2021064811A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 三菱電機株式会社 | エレベーターのロープ張力測定システム |
| JP7188611B2 (ja) | 2019-09-30 | 2022-12-13 | 三菱電機株式会社 | エレベーターのロープ張力測定システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040819 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050111 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050208 |