JP2004168654A - スプールの回転および可変巻取りピッチを使用した、巻付けられた材料中の欠陥の正確なマッピングおよび除去のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除去のために巻付け可能な材料の欠陥区間を特定するための正確な方法を定義すること。
【解決手段】製造中、欠陥区間を記録し、その後、材料を含んだスプールを巻き戻すことによって、欠陥区間の除去を可能にする。本発明は、ファイバが欠陥を含んでいる、スプール上の位置に対応する回転データを使用する。プロセス制御装置は、製造中、巻取りスプールからの回転ポジショニング・データを記録し、スプールを巻き戻す際に、その情報を使って欠陥の位置を突き止める。さらに、製造中、ファイバをスプール上に巻き取るピッチを変更することによって、欠陥区間の開始と終了を表すことができる。この場合、材料のピッチ幅を監視することによって、巻戻し中に、ファイバの欠陥部分を判定することができる。最後に、欠陥区間に隣接する切取り帯を定義するためのアルゴリズムが、欠陥ファイバが残っていないことを確認する際の助けとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に巻付け可能な材料に関し、より詳細には、製造中に予め識別された欠陥についてその所在を決定し、かつ製造後処理においてそれらの欠陥が除去されたかどうかを判定することに関する。

光ファイバの製造はよく知られており、Ｈａｒｔ Ｊｒ．らに付与されている米国特許第５，２９８，０４７号中に、ある程度、記載されている。この特許は、光ファイバの製造における主なステップを開示しており、本明細書に参照によって組み込まれている。

光ファイバの製造には、溶けた円柱上の純ガラスからファイバの糸を線引きする、または引き出すことが含まれる。従来の手段では、一般にプリフォーム・アセンブリと呼ばれる固体の円柱の純ガラスを、ファーネスを使って加熱する。ガラスの一部が溶けて、プリフォーム・アセンブリから細いガラスの糸が線引きされ、光ファイバを形成するプロセスが開始する。光ファイバは、線引きの際にその直径を測定する直径モニタなど、様々な品質管理計器によってリアル・タイムで監視される。ファイバは、溶けた円柱から線引きされると冷えて、最終的には、キャプスタン・ホイールおよび一連の巻取りホイールに送られる。その後、ファイバは、巻取りスプール上に巻かれ、製造ファイバが蓄積されていく。

走行距離計を使用した従来技術においては、巻取りスプールに巻き取られたファイバの長さを測定する。光ファイバが走行距離計のローラ上を通過すると、走行距離計は、そのローラ上を通過するファイバの長さを測定することができる。長さの測定に走行距離計を使用することは、光ファイバ製造の技術分野だけでなく、ケーブル、銅線の製造においてもよく知られている。

製造プロセスの間、時折、光ファイバ中に欠陥が生じることがある。欠陥の性質は本発明の原理にとって重要ではないが、これには、切断面の不完全な形態、容認できない直径の変動、エアラインとして知られる微小な気泡の存在を含めることができる。このような欠陥の原因は様々であり、これには、ガラス中の不純物、熱伝導のむら、過小または過大な線引き率などが含まれる。

製造中、システムは光ファイバを高速（たとえば、１０〜３０メートル／秒）で線引きしていくことがある。巻取りスプールは、通常、直径が６００ｍｍであり、必要速度でファイバを巻き取るために高速で回転する。したがって、この線引き速度における数秒間は、何メートルもの長さの光ファイバと、巻取りスプールの何回転もの回転数に相当する。欠陥の存在が何秒間も続くということはまれであり、したがって、欠陥区間は何百メートルもの長さになる。走行距離計は、ファイバの長さに関するリアル・タイムの情報を制御プロセッサに供給し、制御プロセッサはまた、ファイバの品質に関する入力も受け取る。走行距離計が示す値を使って、プロセス制御装置は、光ファイバ中に観察された欠陥の位置をメモリに記録する。

製造プロセスの後、ファイバ中の欠陥を除去するために、スプールをシステムから取り外して、巻戻し機上に置くことができる。巻戻し機は、巻取りスプール上のファイバを、別のスプール上に巻き取ることによって巻き戻す。走行距離計が示す位置を使って欠陥の位置が突き止められるまで、ファイバは巻取りスプールから巻き戻される。そして光ファイバは物理的に切断される。欠陥光ファイバは、巻取りスプールからさらに巻き戻されて廃棄される。欠陥ファイバがすべて除去されると、合格ファイバの別のスプールへの再巻取りが行われ、このプロセスが繰り返される。

再巻取り中に、欠陥を含む区間（以下、単に「欠陥」という）の位置を決定する従来の方法は、プロセス制御装置が、ファイバの線引き中に、欠陥の開始と終了において走行距離計が示す値を記録することに基づく。走行距離計が示す値の記録は自動化されており、したがって、品質管理監視システムが欠陥を検出すると、走行距離計の読取りが行われる。欠陥が検出されなくなると、再び走行距離計の値が記録される。このように、欠陥が開始して終了するまでの長さを示す情報が保持される。さらなる品質関連の情報も、同様に持続的に記録することができる。

欠陥の除去の際も、再巻取りプロセス中に走行距離計を利用して、欠陥の位置を突き止める。製造中に得られる走行距離計が示す値は、所要距離を測定して欠陥区間の開始と終了の位置を突き止めるためのカギとなる。さらに、再巻取り中に距離を正確に複製することは、欠陥除去プロセス中に欠陥の位置を正確に突き止めるためのカギとなる。走行距離計は、欠陥の位置および欠陥終了位置までの距離を、通常、メートル単位で測定する。絶対距離が測定されるため、それらの値は、ファイバの巻戻し／再巻取りに使用されている特定のスプールとは無関係である。したがって、走行距離計は、ファイバ上の欠陥の距離を、スプールとは関係なく測定する。

欠陥の除去には、２つの相容れない関心事項が伴う。まず、プロセスは、欠陥の全長を除去すべきである。具体的には、欠陥光ファイバのほんの短い一部がファイバから除去されなかった場合でも、残りの光ファイバの光伝送特性を低下させる可能性がある。欠陥光ファイバを全て確実に除去するためには、欠陥の位置の前後のさらなるファイバを除去する。このような追加区間を「切取り帯」と呼び、これらは固定長である。第２に、無駄を最小限に抑えることが望ましく、これは、合格ファイバの除去を最小限に抑えることによって達成される。

両方の関心事項に有効に対処することを保証するためには、欠陥の位置が正確に記録されなければならず、また、再巻取り中に位置を突き止めることが可能でなければならない。しかし、ファイバを測定する走行距離計に誤差が存在する。ファイバがローラ上を移動するときに滑ると、走行距離計が示す値が不正確になることがある。これは、ある程度は、光ファイバを引き出す巻取りスプールからのファイバの張力、キャプスタンの状態、キャプスタン・ベルトの状態、エンコーダの状態、または長さの記録に使用されるその他のいずれかの機械デバイスの状態に依存する。ファイバは、引き出されるときにある程度の弾性を示し、欠陥を除去するための巻戻しの際のファイバの張力は、指定限度内に収まる必要がある。たとえば、過度な張力は、ファイバのわずかな伸び、さらに悪い場合には破損の原因になる。これらの誤差は、長さが短い場合（たとえば、何百メートル）には問題はないが、長さが長い場合（たとえば何百キロメートル）には大きな問題になる。たとえば、巻付け中および再巻取り中の２台の走行距離計間で累積された誤差が０．１％であった場合、その誤差は、長さ５００キロメートルに対して５００メートルの長さになる。
米国特許第５，２９８，０４７号

したがって、無駄を低減して欠陥区間を除去できるように、光ファイバのスプール上の欠陥の位置をより正確に測定する必要がある。欠陥の位置の決定では、より長い光ファイバを測定する場合により大きな問題となる、この特有の誤差も考慮しなければならない。一般に、その他の巻付け可能な材料の製造においても同様の問題が存在し、材料中の欠陥の位置をより正確に決定する必要が生じている。

本発明の目的のひとつは、材料がスプール上に巻き取られるときに材料中の欠陥の位置を表するための方法であって、材料をスプール上に巻き取るステップと、欠陥を見つけるために材料を監視するステップと、スプール上で材料中の欠陥が見つけられた位置に対応する、スプール上のファイバの位置を表すステップとを含む方法を定義することである。これは、材料が巻き取られているスプールに関連する回転データを記録することにより、および／またはスプール上に巻き取られた材料のピッチの変化を検出することにより達成される。

本発明の別の目的は、スプール上に巻き取られた材料中の欠陥を除去するための方法であって、材料をスプールから巻き戻すステップと、スプールの回りに巻き取られた材料中の欠陥の指摘を検出するステップと、材料の、スプールの回りに巻き取られている部分を除去するステップとを含む方法を定義することである。

本発明の別の目的は、固定部分と、材料の末端からの欠陥の相対位置に基づく交換可能部分とを含む切取り帯を組み込むことによって巻き取った材料中の欠陥を除去するための方法を定義することである。

本発明の別の目的は、材料がスプールに巻き取られるときに材料中の欠陥を監視するための、材料と連結されている監視デバイスと、監視デバイスと連結されているインジケータとを含む、材料をスプール上に巻き取るための装置であって、インジケータが、回転カウントを使用することによって、またはピッチの変化を検出することによって、またはその組合せによって、材料中に欠陥が存在する、スプール上の位置を表す装置を定義することである。

本発明の別の目的は、材料をスプールから巻き戻すための巻き戻しデバイスと、欠陥材料の位置を表すためのインジケータとを含む、欠陥材料をスプールから除去するための装置であって、インジケータが、回転カウントを使用することによって、またはピッチの変化を検出することによって、またはその組合せによって、材料中に欠陥が存在する、スプール上の位置を表す装置を定義することである。

本発明を一般的な表現で説明してきたが、次に、添付の図面を参照する。添付の図面は、必ずしも一定の比例で縮小したものではない。

以下に、添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。添付の図面には、本発明の実施形態のいくつかを示すが、全ての実施形態ではない。実際、以下の発明は、多くの様々な形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。そうではなく、以下の実施形態は、この開示が、適用される法的要件を満たすように提供するものである。なお、同じ参照番号は、一貫して同じ要素を指すものとする。

本発明の装置および方法は、前もって製造され、巻き付けられている材料中の欠陥の位置を突き止めるための従来のシステムに勝る、いくつかの利点を提供する。具体的には、材料が通り過ぎることによって、材料中に欠陥が存在する、スプール上の位置を文書化する走行距離計に対し、本発明の装置および方法は、材料が巻き付けられるスプールの回転に関連するデータを使用する。回転数を使用することは、ファイバの滑りの問題、および測定用に走行距離計を使用する従来システムに関連するその他の諸問題が取り除かれるため、有利である。

本発明と従来システムの間の主な違いに注目することが重要である。具体的には、従来システムは、材料上の、欠陥が発生した位置を表すのに対し、本発明の装置および方法は、欠陥材料が位置付けられた、スプール上の位置を表す。

図１は、光ファイバの製造において使用されるいくつかの構成要素を示し、現在の発明の原理による実施形態を示す。一般に、プリフォーム・アセンブリと呼ばれる固体の円柱の純ガラス１０は、従来の手段を使用したファーネス１５を使って加熱される。ガラスの一部が溶けて、ガラスの細い糸、すなわち光ファイバ２５が、プリフォーム・アセンブリから線引きされ、プロセスが開始する。光ファイバは、光ファイバが線引きされるときにそれをリアル・タイムで監視する直径モニタ３０など、様々な計器を通過する。光ファイバは、コーティング・アプリケータ４０を通過し、その全体の直径および品質についての監視が、さらなるデバイス４３および４５を使って再びなされる。この間にファイバは冷え、キャプスタン・ホイール１９および一連のその他の巻取りホイール６５に送られる。ファイバは、次いで、製造ファイバを蓄積する巻取りスプール７５上に巻かれる。

巻取りスプール７５はモータによって駆動され、正確な回転ポジショニング・データをプロセス制御装置７８に提供する。モータは、たとえば、当技術分野でよく知られた様々なポジショニング・センサを利用した、ステッピング・モータであってよい。しかし、その他のタイプのモータを使用した、その他の回転手段を使用することもできる。回転ポジショニング・データは、初期化以降の巻取りスプールの回転数を表す数字である。

製造システムの様々な構成要素は、入力を提供し、プロセス制御装置７８からコマンドを受け取る。本発明の原理を説明するために、プロセス制御装置７８は、様々な品質管理監視デバイス３０、４０、４３、４５からリアル・タイム・データを、また巻取りスプール７５から巻取りスプール回転データを受け取る。プロセス制御装置はまた、記憶域にリアル・タイムで情報を書き込むこともできる。

プロセス制御装置７８は、光ファイバ線引きシステムの動作を制御するようプログラムされたコンピューティング・システムである。図示していないが、この制御装置は、コンピュータ・システムに関連する多くの構成要素を含んでいる。これには、メモリ、様々なタイプのファイル用ディスク・ストレージ、モニタ、キーボードなどが含まれる。プロセス制御装置７８を、巻取りスプール回転データを受け取るものとして図示してあるが、回転データは異なるシステムに送ることも可能であり、それでも本発明の原理を実施することができる。プロセス制御装置７８が回転データを得るために定期的に巻取りスプール７５をポールするように、または絶えず回転データを受け取るように、または必要に応じて回転データを読み取るようにシステムを設計することができる。

重要なことは、作動中、本発明のプロセス制御装置（すなわち、コンピューティング・システム）が、監視デバイスからファイバの品質に関するデータを受け取ることである。プロセス制御装置は、さらに、巻取りスプールに接続されているカウンタから情報を受け取る。監視デバイスによって欠陥が記録される、プロセス制御装置は、その欠陥が開始するスプール上の位置を表す値をカウンタから記憶する。さらに、監視デバイスが欠陥の終了を検出すると、プロセス制御装置は、その欠陥の終了点の、スプール上の位置を表すカウント値をカウンタから記憶する。材料中の欠陥のそれぞれについてこれが繰り返され、それによって、ファイバ中に現れた欠陥の位置が、スプール上にマップされる。

プロセス制御装置７８は、ファイバの製造に関連する情報をファイルに保持する。このファイルは、使用されている特定の巻取りスプールの記録を含む。巻取りスプールには一意の番号が付けられ、あるいは、プロセス制御装置が分っている値で識別される。スプール回転欠陥位置データを表すレコードを含むファイルが作成される。これらのレコードは、巻取りスプール上のファイバ上の欠陥の位置を識別する。

ファイバの線引きの開始において、巻取りスプールは、ゼロ回転が記録されるようにされるように初期化される。ファイバが線引きされるにつれて、巻取りスプールが回転する。プロセス制御装置７８は、この回転のデータをリアル・タイムで受け取り、同時に、光ファイバ中に欠陥があればその指摘も受け取る。制御装置が欠陥を判定した場合には必ず、その時点の回転データの値が保持され、その欠陥を表す情報とともにファイルに書き込まれる。この情報は、欠陥のタイプ、または欠陥が存在するという一般的なインジケータであってよい。どちらの状態からの変化も、すなわち合格から欠陥、および欠陥から合格を、記録することが必要である。

図２は、スプール欠陥位置（ＳＤＬ）ファイルを示す。このファイルは、ＳＤＬファイルを特定のスプールに関連付けるために必要とされるスプール識別子２００を含む。ファイル・フォーマットには、製造日２０２、製造されたファイバのタイプ２０４、製造場所など、追加フィールドを含めることができる。追加情報を記録することができる。しかしそれらは、本発明の実施形態の説明には必要ではない。ファイルのレコードは、好ましくは、少なくとも、イベントの性質２３２および回転位置２３４を含む２つのフィールドを含む。必ずしも必要ではないが、レコード番号を含む第３のコラム２３６を示して、レコードの参照を容易にしてある。

第１のレコードは、検出されたイベントの「開始」２０６の表示を含む。これは、欠陥が見つからない場合でも、あらゆるファイルに存在する。対応する内部位置２０８はゼロであり、これは、ファイバの引出しにおけるスプールの開始を表す。図示のファイルでは、ファイバ中に２個所の欠陥がある。第１の欠陥２３２は、レコード＃２および＃３を含む。レコード＃２は、回転数５６７３における「検出欠陥」２１０を示しており、そのフィールド２１２は、第１の欠陥の開始位置を表している。レコード＃３は、検出欠陥の終了を示しており、これは、回転数５６７９ ２１６に対応する「検出欠陥の終了」を表している。したがって、この欠陥は、（５６７９−５６７３）＝６回転の間、観察されたことになる。

状況によっては、多数の短い欠陥区間が観察され、示される場合がある。図２の例は比較的単純な場合を示しているが、しかし、本発明の原理を説明したものである。それぞれの変わり目がファイルに記録されれば、そのファイルのさらなる処理を必要とすることによって、除去すべき欠陥区間の有効な「開始」および「終了」を決定することができる。たとえば、短い合格ファイバ区間によって区切られたいくつかの欠陥がファイル中に記録されている場合には、ファイルにその後の処理を施すことにより、ファイバの比較的短い区間を欠陥とみなすよう決定することができる。したがって、この処理によって、欠陥区間の「開始」および「終了」を、ファイバのいくつかの短い合格区間を囲むものとして確定することができる。あるいは、システムが欠陥から欠陥なしへの変わり目を記録する場合、ファイルに記録する前の合格ファイバの検出に要する時間が最低限で済む。

第２の欠陥２３４もまた２つのレコードを含む。すなわち、回転１００，３８４ ２２０において記録された欠陥の開始２１８、および回転１００，３８８ ２２４において発生した欠陥の終了２２２である。最後に、各ファイルは、スプール上のファイバの全長２３０を表す、「スプールの末端」の表示２２６も含む。スプール欠陥位置ファイル中のレコードが、スプールの「開始」および「終了」の表示のみである可能性もある。これは、欠陥のない光ファイバに対応するものである。当業者は、ファイル・フォーマットは変形が可能であり、しかし、変形しても本発明の原理を実施するものであることを容易に理解されよう。たとえば、様々なコード化手段およびインジケータを使用することができる。ファイバの長さにおける欠陥位置の検出は、様々な方法でファイルに記録し、またはファイルから判定することができ、図２は、そのような方法の一例を示したにすぎない。

図３は、図２に記載されたデータの欠陥の相対位置を使って、ファイバの長さを論理的に図示したものである（一定の比例で縮小したものではないが）。ファイバは、開始点３００において回転数ゼロで開始し、終了点３１０において３７９，４２３回転で終了している。１回転に対応するファイバの長さが、そのファイバの長さとともに変化することに気付くことが重要である。開始時の１回転に対応する長さは、巻取りスプールの外周にほぼ等しいが、それに対して、光ファイバの末端では、１回転に対応するファイバの長さがそれよりも長くなる。ファイバがスプールに巻き取られるにつれて、有効外周が増加していく。実際には、それまでの回転数、ファイバの厚さ、巻取りのピッチ、巻取りにおいて使用されている張力を含めて、様々な要因が所与の回転の実際の外周に影響を及ぼす。重要なことは、本発明が定義している欠陥位置の決定は、ファイバの長さの距離計算に基づくものではないことである。そうではなく、スプールの回転数が、スプール上のファイバ中に検出された欠陥の位置を突き止めるために必要なすべてである。欠陥の位置が、その欠陥がファイバ上に現れた長さではなくスプールの回転数に基づくため、回転数が増加するにつれてファイバ巻取りの外周が変化する可能性があるという事実は関係ない。したがって、ファイバの修理は、分っている誤差の可能性を使った走行距離計に基づくのではなく、巻取りスプールの回転カウントに基づき、それによって、滑り、ファイバ上の張力の差異、巻取りのピッチに関連する問題が取り除かれる。回転データを使用することによって、特に特定のスプールについて、欠陥がスプール上のファイバのどの位置に突き止められたかという指摘が提供される。スプールからファイバを外すと、すなわち巻きを緩めると、ファイバの位置は容易には確認できなくなる。

図２および３を参照すると、第１の欠陥３１２が、５６７３回転に対応する開始点３０２に突き止められ、５６７９回転の終了点３０４で終わっている。同様に、第２の欠陥３１４が、１００，３８４回転の地点３０６で開始し、１００，３８８回転の地点３０８で終了している。

製造後、ファイバ中の欠陥を修理するためには、ファイバを巻取りスプールから繰り出して、欠陥を、それらのスプール上の位置に基づいて除去する。この場合、欠陥の位置は、記憶されている巻取りスプールの回転数によって決定される。理解されるように、回転数は、スプーリング・プロセス中に、ファイバの末端からではなく、ファイバの先頭から測定されている。したがって、欠陥の開始位置および停止位置を表す、記憶されているスプール・カウントは、ファイバの末端からではなく、ファイバの先頭から測定されている。しかし、ファイバの末端から開始する修理プロセスにおいて、ファイバが巻き戻されるにつれて、欠陥を識別する、記憶されている回転数は、ファイバの先頭からではなくファイバの末端から再計算されなければならない。具体的には、製造光ファイバを含むスプールが取り外されて再巻取り機上に置かれると、光ファイバの末端が、巻取りスプールから第２のスプールに繰り出される。巻取りスプールを巻き戻した場合、第２の欠陥が発見される最初の欠陥になる。したがって、回転数は、ファイバの終了点３０４に基づいて計算される。第２の欠陥３１４は、３７９，４２３−１００，３８８＝２７９，０３５回転に対応する地点３０８において、最初に検出される。前述のように、欠陥は、ファイバの長さではなく、スプールの回転カウントに基づいて表される。したがって、スプール上の巻取りごとでファイバの巻取り長さが変化しても問題にはならない。欠陥の位置は、光ファイバの終了点を使った、開始点および終了点の単純な再計算によって、逆の順序で突き止められる。実験により、走行距離計ではなく、スプールの回転数を使って欠陥の開始点および終了点を測定した方がより正確であることがわかっている。

ファイバまたはその他の巻付け可能な材料における欠陥の修正には、別の装置および方法を使用することも考えられる。このような装置および方法を、上述の装置および方法の代わりに使用することができ、あるいは、それらとともに使用して上述の装置および方法の正確度を上げることもできる。具体的には、別の、または補足した実施形態の装置および方法では、可変ピッチ・インジケータを使用して、スプール上の欠陥の位置をマークする。ピッチは、ファイバを巻取りスプールに巻取る緊張の測定値であり、ピッチの変化は、ファイバの欠陥部分の長さの開始／終了を表すインジケータの役割を果たし得る。ピッチは、同じ層にある２本の隣接ファイバの中心の間の距離として定義される。したがって、最小ピッチは、ファイバの半径の２倍に等しい。図４に示すように、スプール４０１上の第１の層にある２本の隣接ファイバ４００、４０２は、各ファイバの半径４０６、４０８の合計と等しいか、またはそれよりも長い、距離４０４だけ離れている。ピッチが大きいほど、隣接ファイバの中心の間の分離は大きくなる。

図５Ａは、本発明の一実施形態による可変ピッチの巻取りを示す。巻取りスプール５００の断面を、軸５０２の周りを回転するものとして示してある。光ファイバがスプール上に巻きつけられるのにつれて、その上に多くのファイバ層が形成されていく。図５Ａには、第１層５０４、およびそれに続く、それぞれ前層の上に形成された層５０６、５０８、５１０の４つの層を示してある。ファイバの第２の層５０６では、隣接光ファイバ間の間隔が増加しているため、そのピッチが大きくなっている。
巻取りのピッチは、シャフト５２４上の回転ガイド・ホイール５２２によって決定することができ、ガイド・ホイール５２２はシャフト５２４上で横移動する。巻取りスプール５００とガイド・ホイール５２２の断面図を図５Ｂに示す。ガイド・ホイール５２２は、巻取りスプール５００が回転するのと同時に横移動する。横移動の速度が、巻取りのピッチを決定する。スプールの回転に対するガイド・ホイールの横移動が遅ければ遅いほど、巻取りのピッチは小さくなる。スプールの回転に対するガイド・ホイールの横移動が速ければ速いほど、巻取りのピッチは大きくなる。当業者は、その他のタイプのガイド・ホイールまたはその他の機械式ポジショニング・デバイスを伴う別の構成を使って、巻取りスプールのピッチに影響を与える横方向の力をファイバ上に与えることができることを認識されよう。あるいは、分配器（ガイド・ホイール）を固定したまま、スプールを移動させることもできる。

ピッチを使って、光ファイバの欠陥部分を表すことができる。この構成では、本発明の装置および方法は、ファイバの欠陥部分を、欠陥を含まないファイバのピッチとは異なるピッチで巻き取る。しかし、巻取りスプールが回転するスピードによっては、ピッチの変化が、欠陥が突き止められた地点と正確には一致しない場合がある。巻取りスプールがゆっくり回転するような特定の状況においては、ピッチがその位置を正確に表すことができる。一般に、ファイバの製造においては、巻取りスプールの回転速度が高速の場合、欠陥の一部分がスプールに巻き取られた後でピッチの変化が登録されるという結果を招く。このような状況では、以下に説明する可変長切取り帯を組み込むことが有利な場合がある。

図５Ａに戻ると、層５０４、５０６、５０８、５１０は、２種類の異なるピッチを示す。具体的には、層１ ５０４、層３ ５０８、および層４ ５１０は、層２ ５０６よりもピッチが小さい。層１、３および４は合格光ファイバを表すが、一方、層２は光ファイバの欠陥区間を表す。

製造中、プロセス制御装置は、ファイバの欠陥区間を検出すると、異なるピッチでファイバを巻き取るようシステムに命令する。プロセス制御装置は、ガイド・ホイールの横移動の速度を変えることによってこれを行う。

図５Ａは、可変ピッチを使用して光ケーブルの欠陥部分を識別する原理を示す図である。図示の実施形態では、より大きいピッチを使って、ファイバの欠陥部分の長さを示している。しかし、本発明の原理に従って、バリエーションを使用することも可能である。たとえば、より大きいピッチが合格ファイバを示し、より小さいピッチが欠陥ファイバを示すことが可能である。実際には、スプールは多数の巻取り層になる場合があり、ピッチの変化がどの地点においても生じる場合がある。ピッチの変化は、図５Ａに示すような発生に限定さるものではなく、巻取りプロセス中のどの時点においても発生し得る。したがって、ピッチの変化は、ある層の巻取りの途中においても生じ得るし、何層かに渡る場合もある。

巻取りスプールが光ファイバを巻き取り終わった後、そのスプールを外して、欠陥区間を除去するための線引き後処理を施す。ファイバの再巻取りの際には、図５Ｃに示すような装置が、巻取りスプールから巻き戻すときにピッチの変化を検出する。ガイド・ホイールは、光ファイバが巻き戻されるときにピッチの変化を検知し、これは制御装置に報告される。ガイド・ホイール・アセンブリは、この場合、ファイバが図５Ａのように巻き取られているときにファイバ上に横方向の力を与えるのではなく、ファイバが巻き戻されているときに、ファイバから横方向の力を検知する。

これを達成するために、ガイド・ホイールは自由に旋回し、それによって横方向の移動速度を検知する。具体的には、図５Ｃにおいて、ガイド・ホイール５３５は、シャフト５３８上で旋回して、光ファイバ５３７の横移動５３９を受け容れる。センサ５４０は、回転中心軸５４２の周りの相対回転方向５４４を観察する。既知の巻戻し回転速度に基づくピッチの変化の割合から、制御装置は、スプール５４５上の光ファイバの欠陥部分を検出することができる。

回転データおよび可変ピッチを使った上記の諸方法は、従来技術に比較して、製造光ファイバ中の欠陥区間を突き止める正確度を高める。上記の諸方法を別個に、または互いに関連させて使用することによって、光ファイバの除去すべき欠陥区間を識別することができる。

上記の本発明の実施形態は、エラーを著しく低減するが、それでも、長い、または短い長さについては、累積エラーが正確度に影響を与える場合がある。欠陥ファイバが残る可能性を最小限に抑えるために、本発明の装置および方法は、欠陥区間のどちら側にも切取り帯を定義することができる。それらは、除去すべき欠陥区間に隣接する、追加した長さのファイバを定義する。しかし、固定長の切取り帯を定義する場合、誤差の累積的な影響は考慮されない。

この点を考慮して、本発明の装置および方法は、切取り帯の配置の決定に改良を加えている。具体的には、本発明においては、切取り帯の配置が、ファイバの全長に対する欠陥区間の位置に基づいている。図６Ａは、スプールの１００，０００回転に相当する、開始点６００および終了点６０２の光ファイバ６０１の長さを示す。製造中、２個所の欠陥区間、欠陥＃１ ６０４および欠陥＃２ ６０６が検出された。これは、欠陥＃１については１，１１５および１，１２０、欠陥＃２については９９，１１５および９９，１２０の回転測定値に相当する。製造後、終了点６０２は、再巻付け中のスプールの最初の端部になり、したがって、欠陥２ ６０６が発見される最初の欠陥になる。固定長切取りスキームにおいては、欠陥区間に隣接する切取り帯が固定長である。しかし、ファイバを巻き戻す場合、欠陥＃２はわずか８８０回転６１０で発見されるが、一方、欠陥＃１は、９８，８８０回転６１２で発見される。ファイバを巻き戻して欠陥＃２の位置を突き止める際の累積エラーは、比較的軽微である。しかし、ファイバを巻き戻して欠陥＃１の位置を突き止める際の累積エラーは、さらに９８，０００回転を伴うため、ずっと大きくなる。したがって、欠陥＃２の位置は、欠陥＃１の位置よりもはるかに正確に突き止められる可能性がある。

累積誤差の差を調整するために、ファイバを巻き戻す際の回転数に基づいて、切取り帯の長さを求める公式が定義されている。その公式は以下の通りである。
切取りマージン＝Ｃ_１＋（Ｘ_１）（Ｒ）＋Ｃ_２（Ｒ／Ｒ_ｔｏｔ）
上式において、
Ｃ_１は、回転数で表される定数であり、
Ｘ_１は、定数であり、
Ｒは、欠陥に到達する回転数であり、
Ｃ_２は、回転数で表される定数であり、
Ｒ_ｔｏｔは、ファイバ全長に対する回転数である。

この結果得られる切取りマージンは、回転数で表される。たとえば、スプールが巻き戻され、巻き戻し始めてすぐに最初の欠陥が発見された場合、Ｃ_１は、最小切取りマージンを提供する数（たとえば、１０回転）を指定するはずである。Ｘ_１の値は、末端から何回転で欠陥の位置突き止められたかに基づく別の定数である。多くの場合、これはゼロかまたは比較的小さい値、たとえば０．０００１などである。したがって、１０，０００回転で位置が突き止められた欠陥の場合には、もう１回転が追加される。前の１０という定数に追加された場合には、１１という切取りマージンが作成されることになる。マージンの直線ベースの変動に加えて、マージンは、ファイバの先頭からの欠陥の相対距離に基づいて定義される。この場合、Ｒ／Ｒ_ｔｏｔは、先頭に対する欠陥が突き止められた位置の割合である。この割合が小さい場合には、欠陥の位置が巻戻しプロセスの開始付近に突き止められ、この割合にＣ_２を掛けることによってさらなる変動が提供される。これに対し、Ｒ／Ｒ_ｔｏｔの割合が１に近い場合は、巻戻しの際に欠陥の位置がファイバの末端付近に突き止められ、この割合にＣ_２を掛けることによって、欠陥の位置を突き止める際の変動の可能性が大きいために比較的大きいサイズの切取り帯が提供される。実際には、Ｘ_１、Ｃ_２にはゼロ値を使ってこの公式を計算することで十分であろう。

切取り帯が欠陥区間に対しどこにあるかに基づいて、定数に異なる値を使用する理由がある場合もある。スプールを巻き戻す際に、欠陥の前の切取り帯を定義し（「欠陥前」）、欠陥の後の別の切取り帯を定義する（「欠陥後」）。異なる値にする目的は、欠陥後の帯より長く作成することにある。この理由は、ファイバの線引き中に欠陥が記録され、ファイバが破損した場合に当てはまる。この場合、プロセスは停止され、製造フロア上の蓄積されたファイバが除去され、巻取りスプールが交換され、そしてプロセスが再開される。この場合、欠陥の開始の位置は正確に決定されるかもしれないが、欠陥後の切取り帯については大きな不確実性がある。

図６Ｂは、それぞれの切取り帯を有する欠陥部分を示す。この図では、「欠陥前」の切取り帯が「欠陥後」の切取り帯と等しくなっている。これらの帯は、前に識別した等式に以下の定数を当てはめることによって定義される。
切取り帯＝１００＋０．００２５（Ｒ）＋０（Ｒ／Ｒ_ｔｏｔ）

この例では、公式に、１００回転という定数に変数部分が加えられている。この場合、この変数部分は、ファイバの末端からの欠陥の位置の距離の関数（回転数で表される）である。説明の目的で、もうひとつの定数Ｃ_３はゼロにしてある。別の例では、この変数が公式の可変部分に寄与する場合もある。

この公式を図６Ａに示す欠陥区間に適用すると、図６Ｂの図が得られる。ここで、欠陥＃２の切取り帯２Ｂ ６２０は、＃２＝１００＋０．００２５（８８０）であり、これは１０２．２回転になる。切取り帯２Ａ ６２２は、１００＋０．００２５（８８５）であり、これも１０２．２回転（四捨五入による）になる。しかし、欠陥＃１の切取り帯１Ｂ ６２４は１００＋０．００２４（９８，８８０）であり、これは３４７．２回転になる。切取り帯１Ａ ６２６は、四捨五入によりほぼ同じ値（すなわち、１００＋０．００２５（９８，８８５））である。この公式は、さらに長い距離について累積され得る追加誤差を考慮している。この公式を、代わりに、または追加して、（Ｒ／Ｒ_ｔｏｔ）の項を使用するように構築することが可能である。

提供した公式は、製造されているファイバのタイプ、機器の精度、ファイバの長さ、無駄を最小限にすることと全ての欠陥ファイバが除去された確率を最大限にすることの間で望まれる 相対的なトレードオフを含め、様々な要因に基づいた調整が必要である。したがって、どの実装についても、定数のうちひとつの値を最適値として表すことはできない。

当業者には理解されるように、本明細書に記載の発明は光ファイバの製造のみに限定されるわけではなく、その他の物の製造にも同様に適用できる。たとえば、本発明の原理は、線材、ケーブル、ロープ、糸、スレッド、それらの組合せなど、主に断面が円柱状のその他の材料に適用することができ、それらの材質は、ガラス、金属、ゴム、合成繊維、紙、コーティングを施した、または施していないもの、諸材料の組合せ、またはその他であってかまわない。さらに、原理の多くは、紙、金属、布、ゴム、プラスチックなど、基本的に終りのない、フレキシブル・フラットな商品の形態の柔軟性がある材料に適用することができる。本明細書で使用しているように、「材料」という用語は、上記の例のいずれも包含するように使用され、それらはほぼ円柱状の構造であろうと、平らな構造であろうと、またはそれらの組合せであろうとかまわない。「材料」という用語が単にデータ通信に使用されるガラス・ファイバの製造のみに適用されるものと解釈してはならない。

これらの発明が関連する技術分野に属し、上述の説明および関連する図面に提示されている教示の恩恵を受ける業者は、本明細書に記載されている本発明の多くの修正形態およびその他の形態を思いつくであろう。したがって、本発明は、開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、修正形態およびその他の実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるよう意図されていることを理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは、限定する目的ではなく、一般的かつ説明的な意味でのみ使用されているものである。

本発明の一実施形態による、光ファイバの製造の際に必要とされる構成要素のうちの一装置を示す図である。 本発明の一実施形態による、記録された、光ファイバ中に存在する欠陥を含む、ファイル・レコードのフォーマットを示す図である。 図２のファイルに対応する光ファイバ中の欠陥の相対位置を示す図である。 スプールへのファイバの巻取りに関連するピッチを示す図である。 本発明の一実施形態による、可変ピッチによる巻取りスプールへの巻取りを示す図である。 本発明の一実施形態による、可変ピッチによる巻取りスプールへの巻取りを示す図である。 本発明の一実施形態による、可変ピッチによる巻取りスプールへの巻取りを示す図である。 本発明の一実施形態による、可変保護帯を示す図である。 本発明の一実施形態による、可変保護帯を示す図である。

Claims (30)

1. 材料がスプールに巻き取られるときに材料中の欠陥の位置を表すための方法であって、
   材料をスプール上に巻き取るステップと、
   欠陥を見つけるために材料を監視するステップと、
   材料中に少なくとも１つの欠陥が存在する、スプール上の材料の位置を表すステップとを含む方法。
2. 前記表すステップが、
   材料の巻付け中に、スプールの各回転をカウントするステップと、
   スプール上で材料中の欠陥が見つけられた位置に対応するスプールの回転カウントを記憶するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記監視ステップが材料中に欠陥の開始を検出すると、前記記憶ステップがスプールの第１の回転カウントを記憶し、前記監視ステップが材料中に欠陥の終了を検出すると、前記記憶ステップがスプールの第２の回転カウントを記憶することによって、材料中の欠陥のスプール上の位置を定義する、請求項２に記載の方法。
4. 前記記憶ステップが、材料中の複数の欠陥のそれぞれについて、欠陥の開始と終了をそれぞれ表す第１および第２のカウントを記憶する、請求項３に記載の方法。
5. 材料から欠陥を除去するステップをさらに含み、前記除去ステップが、
   材料をスプールから巻き戻すステップと、
   巻戻しステップ中に、スプールの各回転をカウントするステップと、
   材料の、前に前記記憶ステップにおいて記憶したスプールの回転カウントに対応する部分を除去するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記記憶ステップが、スプール上の材料の末端に対応する、スプールの最後の回転カウントを記憶し、
   前記方法が、材料から欠陥を除去するステップをさらに含み、
   前記除去ステップが、
   最後の回転カウントから、記憶されている第１および第２の回転カウントをそれぞれ減ずることによって、第１および第２の修正カウントを生成すること、
   材料をスプールから巻き戻すこと、
   巻戻しステップ中に、スプールの各回転をカウントすること、および
   材料の、第１および第２の修正カウントの間として定義される部分を除去することを含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記表すステップが、
   材料の欠陥がない部分を第１のピッチで巻き取ること、および
   材料の欠陥がない部分を、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチで巻き取ることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 材料から欠陥を除去するステップをさらに含み、前記除去ステップが、
   材料をスプールから巻き戻すこと、
   材料がスプールの回りに巻き取られている異なるピッチを検出すること、および
   材料の、第２のピッチでスプールの回りに巻き取られている部分を除去することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 第１および第２のピッチがそれぞれ、スプール上の材料中の欠陥の開始と終了を表し、前記方法が、材料の、第１および第２のピッチによって定義される部分を除去するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. スプール上の材料の欠陥の開始と終了に対応する回転カウントを記録するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記除去ステップが、
    材料の末端を表す終了インジケータから第１および第２のインジケータをそれぞれ減ずることによって、第１および第２の修正インジケータを生成すること、
    固定部分と可変部分を含む公式であって、可変部分が、材料の末端に対する欠陥の位置に比例している公式を使って、材料上の第１および第２の修正インジケータにおける材料の長さに基づいて、第１および第２の切取りマージンを決定すること、
    第１および第２の修正インジケータから、第１および第２の切取りマージンをそれぞれ減ずることによって、第１および第２の切取り終了点を定義すること、
    材料をスプールから巻き戻すこと、および
    材料の、第１および第２の切取り終了点の間として定義される区間を除去することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 材料がスプールに巻き取られるときに材料中の欠陥の位置を表すための方法であって、
    材料をスプール上に巻き取るステップと、
    欠陥を見つけるために材料を監視するステップと、
    材料の巻付け中に、スプールの各回転をカウントするステップと、
    スプール上で材料中の欠陥が見つけられた位置に対応する、スプールの回転カウントを記憶するステップとを含む方法。
13. 前記監視ステップが材料中に欠陥の開始を検出すると、前記記憶ステップがスプールの第１の回転カウントを記憶し、前記監視ステップが材料中に欠陥の終了を検出すると、前記記憶ステップがスプールの第２の回転カウントを記憶することによって、材料中の欠陥のスプール上の位置を定義する、請求項１２に記載の方法。
14. 材料から欠陥を除去するステップをさらに含み、前記除去ステップが、
    材料をスプールから巻き戻すこと、
    巻戻しステップ中に、スプールの各回転をカウントするステップと、
    材料の、前に前記記憶ステップにおいて記憶したスプールの回転カウントに対応する部分を除去するステップとを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 材料がスプールに巻き取られるときに材料中の欠陥の位置を表すための方法であって、
    材料をスプール上に巻き取るステップと、
    欠陥を見つけるために材料を監視するステップと、
    材料中に少なくとも１つの欠陥が存在する、スプール上の材料の位置を表すステップとを含み、前記表すステップが、
    材料の欠陥がない部分を第１のピッチ幅で巻き取ること、および
    材料の欠陥がない部分を、前記第１のピッチ幅とは異なる第２のピッチ幅で巻き取ることを含む方法。
16. 材料から欠陥を除去するステップをさらに含み、前記除去ステップが、
    材料をスプールから巻き戻すこと、
    材料がスプールの回りに巻き取られている異なるピッチを検出すること、および
    材料の、第２のピッチ幅でスプールの回りに巻き取られている部分を除去することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 材料の、第２のピッチ幅でスプールの回りに巻き取られている部分を除去することが、材料の、第２のピッチでスプールに巻き取られている部分および隣接する切取り帯を除去することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 材料がスプールに巻き取られるときに材料中の欠陥の位置を表すための装置であって、
    材料をスプール上に巻き取るための巻取りデバイスと、
    材料がスプール上に巻き取られるときに材料中の欠陥を監視するための、材料と連結されている監視デバイスと、
    前記監視デバイスと連結されているインジケータであって、材料中に欠陥が存在する、スプール上の位置を表すインジケータとを含む装置。
19. 前記インジケータが、
    スプールと連結されているカウンタであって、材料の巻付けの間、スプールの各回転をカウントするカウンタと、
    前記カウンタと連結されているコンピューティング・システムと、
    前記プロセッサと連結されている記憶デバイスであって、前記コンピューティング・システムが、材料中で欠陥が発生したスプール上の位置に対応する、スプールの回転カウントを前記記憶デバイスに記憶する記憶デバイスとを含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記監視デバイスが材料中に欠陥の開始を検出すると、前記コンピューティング・システムがスプールの第１の回転カウントを前記記憶デバイスに記憶し、前記監視デバイスが材料中に欠陥の終了を検出すると、前記コンピューティング・システムがスプールの第２の回転カウントを前記記憶デバイスに記憶する、請求項１９に記載の装置。
21. 前記コンピューティング・システムが、材料中の複数の欠陥のそれぞれについて、欠陥の開始と終了をそれぞれ表す第１および第２のカウントを前記記憶デバイスに記憶する、請求項２０に記載の装置。
22. 材料から欠陥を除去するための除去デバイスをさらに含み、
    前記除去デバイスが、
    材料をスプールから巻き戻すための巻戻しデバイスと、
    スプールと連結されているカウンタであって、巻戻しの間、スプールの各回転をカウントするカウンタと、
    前記カウンタと連結されているインジケータであって、前に前記記憶デバイスに記憶された、材料中に欠陥が存在するスプール上の位置を表す、材料の、スプールの回転カウントに対応する区間を表すためのインジケータとを含む、請求項１９に記載の装置。
23. 前記コンピューティング・システムが、スプール上の材料の末端に対応するスプールの最後の回転カウントから、第１および第２の回転カウントをそれぞれ減ずることによって、第１および第２の修正カウントを生成し、前記装置が、
    材料をスプールから巻き戻すための巻き戻しデバイスと、
    スプールと連結されているカウンタであって、巻戻しの間、スプールの各回転をカウントするカウンタと、
    材料の、第１および第２の修正カウントの間として定義される区間を表すための、前記カウンタと連結されているインジケータとを含む除去デバイスをさらに含む、請求項２０に記載の装置。
24. 前記インジケータが、材料が前記巻取りデバイスによってスプールに巻き取られるときに材料を導くためのガイド・デバイスを含み、前記ガイド・デバイスが、材料の欠陥のない区間を第１のピッチで巻き取り、材料の欠陥を含む区間を、第１のピッチとは異なる第２のピッチで巻き取る、請求項１８に記載の装置。
25. 材料をスプールから巻き戻すための巻き戻しデバイスと、
    材料がスプールの回りに巻き取られている異なるピッチを検出するための、材料と連結されている検出デバイスとをさらに含む、請求項２４に記載の装置。
26. 前記検出デバイスが、
    シャフトと、
    前記シャフトと旋回連結され、かつ材料と連結されているガイド・ホイールであって、材料がスプールから巻き戻されるときに、材料がスプールに巻きつけられているピッチが変化すると旋回し、それによって材料のピッチ幅を検知するガイド・ホイールとを含む、請求項２５に記載の装置。
27. 第１および第２のインジケータがそれぞれ、スプール上の材料中の欠陥の開始と終了を表し、前記装置が、材料の、第１および第２のインジケータによって定義される部分を除去するための除去デバイスをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
28. 材料の、第１および第２のインジケータによって定義される部分を除去することが、材料の、第１および第２のインジケータおよび隣接する切取り帯によって定義される部分を除去することを含む、請求項２７に記載の装置。
29. 前記巻取りデバイスが材料をスプール上に巻き取るときに材料の長さを測定するための、材料と連結されている測定デバイスをさらに含む、請求項２７に記載の装置。
30. 前記インジケータおよび前記測定デバイスに連結されているコンピューティング・システムをさらに含み、前記コンピューティング・システムが、
    材料の末端を表す終了インジケータから、第１および第２のインジケータをそれぞれ減ずることによって、第１および第２の修正インジケータを生成し、
    固定部分と可変部分を含む公式であって、可変部分が、材料の末端に対する欠陥の位置に比例する公式を使って、材料上の第１および第２の修正インジケータにおける材料の長さに基づいて、第１および第２の切取りマージンを決定し、かつ、
    第１および第２の修正インジケータから、第１および第２の切取りマージンをそれぞれ減ずることによって、材料の除去すべき区間を表す第１および第２の切取り終了点を定義する、請求項２６に記載の装置。
    

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