JP2005264405A - 繊維束の開繊幅測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 開繊状態の繊維束の幅を正確に測定することができるようにする。
【解決手段】 開繊糸４は、一定の張力下でカメラ３で撮像される。開繊糸４の画像は、複数の単糸画像１１，１２，１３，…，１ｎが不規則に並べられて形成される。処理装置１０では、幅方向の両端の単糸１１および単糸１ｎをそれぞれ検出する。単糸画像１１，１ｎは、画像の幅方向に沿って、外側から単糸画像１１，１２，１３，…，１ｎに接近するときに、最初に検出される最も外側の単糸画像である。たとえば基準の幅をカメラ３で撮像し、画面上での対応する幅を求めておけば、単糸画像１１，１ｎ間の像上での距離を、開繊糸４の幅に換算することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭素繊維などの多数の細い繊維を扁平に広げて形成する繊維束の開繊幅測定方法および装置に関する。

従来から、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）と呼ばれる繊維強化複合材料には、炭素繊維束が扁平な形態に広げられて使用されている（たとえば、特許文献１参照。）。炭素繊維などの有機繊維やガラス繊維などの無機繊維は、強化用繊維として、軽量であっても長手方向の引張強度が大きいものが使用される。したがって、合成樹脂などのマトリクス中に強化繊維を埋込めば、繊維の長手方向の強度を強化することができる。炭素繊維は、製法上、多数の細い繊維が同時に製造される。したがって、たとえば数μｍ〜１０数μｍ程度の直径を有する単糸を数千本〜数万本集束した状態で販売されている。集束した状態の炭素繊維は、撚りがなく、糸幅が数ｍｍである扁平な帯状の形態となる。

炭素繊維などを面方向の強化に使用する場合、異なる方向の繊維を布状に交差させなければならない。繊維束が扁平な帯状であっても、厚みがあれば、交差部分で繊維が屈曲し、強度を低下させるおそれがある。このため、繊維束の扁平な状態をさらに広げる開繊処理が行われる（たとえば、特許文献２および特許文献３参照。）。開繊処理によって、集束している繊維束は、幅が数倍に広がり、厚みが対応して減少する。

繊維束を開繊して織物などを製造する場合、開繊の状態によって幅が変動すると、製織される織物の特性が大きく変化してしまう。したがって、開繊状態を幅で充分に管理することが必要となる。特許文献１の図１には、強化繊維マルチフィラメント糸の集束性の程度を表すフックドロップ値ＦＤの測定装置が記載されている。マルチフィラメント糸は１０００ｍｍの長さで採取され、少なくとも上端をクランプで固定した状態で、予め定める形状および重量の金属フックを使用してフックドロップ値ＦＤを測定する。金属フックには重りを付加し、全体がたとえば１５ｇとなるようにする。

特開平７−３００７３９号公報 特許第３０４９２２５号公報 特許第３０６４０１９号公報

特許文献１のようなフックドロップ値は、連続的に測定することはできない。また、開繊状態の幅を直接測定するものではない。開繊状態は、細い繊維の束が扁平な形態に広げられている状態であるので、測定器具を直接接触させると、接触部分が変形してしまい、正確な測定を行うことができない。非接触の測定方法としては、光学的に、たとえば光を遮る部分の幅として測定することが考えられる。しかしながら、開繊状態の繊維束には、幅方向に疎の部分と密の部分とが生じたり、不規則な空隙が生じたりするので、光を遮る状態にも不連続な部分が生じ、幅を正確に測定することができない。

本発明の目的は、繊維束の幅を正確に測定することができる繊維束の開繊幅測定方法および装置を提供することである。

本発明は、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する方法であって、
測定対象となる繊維の束に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像し、
撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、
検出される両端間の距離として、開繊幅を測定することを特徴とする繊維束の開繊幅測定方法である。

本発明に従えば、測定対象となる繊維の束に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。

さらに本発明は、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する装置であって、
繊維の束に予め定める張力をかけて保持する保持手段と、
保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段と、
撮像手段によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段とを含むことを特徴とする繊維束の開繊幅測定装置である。

本発明に従えば、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する装置は、保持手段と、撮像手段と、処理手段とを含む。保持手段が測定対象となる繊維の束に予め定める張力を付加して引張りながら、撮像手段で繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。処理手段は、撮像手段によって撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。処理手段は、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。

また本発明で、前記保持手段は、前記繊維の束を、長手方向に連続的に走行させながら保持し、
前記撮像手段は、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、
前記処理手段は、前記開繊幅の算出を、予め定める周期で行い、
処理手段による開繊幅の算出結果を記録する記録手段を、さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、保持手段によって、繊維の束を長手方向に連続的に走行させながら保持し、撮像手段によって、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、処理手段によって、開繊幅の算出を予め定める周期で行い、記録手段に処理手段の算出結果を記録するので、長い繊維束に対する開繊幅の測定を連続的に行い、測定結果を記録することができる。

本発明によれば、一定の張力下における繊維の束の画像に基づき、非接触で開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。

さらに本発明によれば、保持手段で繊維の束に予め定める張力を付加して引張りながら、撮像手段で繊維の束の画像を撮像し、処理手段で繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出して、両端間の距離としての開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、非接触で、正確に測定することができる。

また本発明によれば、繊維の束を長手方向に連続的に走行させながら、予め定める周期で開繊幅の測定を行い、記録手段に記録することができる。

図１は、（ａ）で、本発明の実施の一形態としての開繊幅測定装置１の概略的な構成を示す。開繊幅測定装置１は、フレーム２でカメラ３を支持する。カメラ３は、下方に向けられる視野を有する。視野内には、開繊糸４がカメラ３の光軸に垂直な平面に沿って広がる平坦な状態で搬送される。搬送方向の上流側および下流側には前方ロール５および後方ロール６がそれぞれ設けられる。搬送される開繊糸４に対しては、後方ロール６の下流側に設けられる引張力調整機構７で張力の調整が行われ、予め定める張力で引張られる。引張力調整機構７の下流側には、巻取機構８が設けられ、開繊糸４を巻取る。前方ロール５の上流側には、中継ロール９が設けられ、開繊装置などから開繊糸４が供給される。カメラ３が撮像する開繊糸４の画像は、処理装置１０に入力され、開繊幅が画像処理によって測定される。

図１の（ｂ）は、カメラ３で撮像される開繊糸４の画像を示す。開繊糸画像は、複数の単糸画像１１，１２，１３，…，１ｎが不規則に並べられて形成される。処理装置１０では、幅方向の両端の単糸１１および単糸１ｎをそれぞれ検出する。単糸画像１１，１ｎは、画像の幅方向に沿って、外側から単糸画像１１，１２，１３，…，１ｎに接近するときに、最初に検出される最も外側の単糸画像である。たとえば基準の幅をカメラ３で撮像し、画面上での対応する幅を求めておけば、単糸画像１１，１ｎ間の像上での距離を、開繊糸４の幅に換算することができる。

すなわち、開繊幅測定装置１は、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する方法を実行している。開繊幅測定方法は、測定対象となる繊維の束である開繊糸４に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像し、撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定する。測定対象となる繊維の束に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。

図２は、図１の処理装置１０に関する電気的な構成を示す。処理装置１０は、ＣＰＵ２０を有し、ＲＯＭ２１に予め設定されているプログラムに従って動作する。ＣＰＵ２０がプログラムに従って動作する際には、ＲＡＭ２２をワークエリアなどとして利用する。カメラ３によって撮像される画像は、Ａ／Ｄ変換器２３でアナログ信号からデジタル信号に変換され、画像メモリ２４に記憶される。ＣＰＵ２０は、タイマ２５によって起動される一定の周期毎に、画像メモリ２４に記憶される開繊糸４の画像を処理し、図１（ｂ）のような幅方向の両端の単糸画像１１，１ｎの間の距離として、開繊幅を算出する。算出結果は、インタフェース２６を介して、記録計２７に入力され、記録される。記録計２７は、入力データをたとえばグラフとして記録紙に連続的に記録する。データロガーなどに、データの状態で記録することもできる。ＣＰＵ２０は、図１（ａ）の巻取機構８を駆動するモータ２８に対する制御も行う。

図３は、図１の開繊幅測定装置１で開繊糸４の開繊幅を連続的に測定する際の概略的な手順を示す。ステップｓ０から手順を開始し、ステップｓ１では、開繊糸４の準備を行う。開繊糸４の準備は、開繊糸４の先端を、開繊幅測定装置１の中継ロール９、前方ロール５、後方ロール６、引張力調整機構７および巻取ロール８に順次装着するようにして行う。

ステップｓ２以降は、ＣＰＵ２０による制御手順となる。ステップｓ２では、モータ２８を駆動して、開繊糸４の巻取りを開始する。ステップｓ３では、搬送される開繊糸４の画像をカメラ３で撮像する。ステップｓ４では、撮像されている開繊糸４の画像上で、幅方向の外側から一端の位置を検出する。ステップｓ５では、撮像されている開繊糸４の画像の幅方向の外側から他端の位置を検出する。ステップｓ６では、一端と他端との間の距離を求め、予め求められている換算用の関係に従って開繊幅を算出する。ステップｓ７では、算出結果を記録計２７に記録する。ステップｓ８では、測定終了か否かを判断する。一定の長さについての測定が終了したり、新たな開繊糸４が供給されなくなると終了する。ステップｓ８で測定終了ではないと判断するときには、ステップｓ３に戻る。以下、タイマ２４によって規定される周期毎に、ステップｓ３の撮像を行い、開繊幅の測定を行う。ステップｓ９で測定終了と判断するときは、ステップｓ１０でＣＰＵ２０による処理手順を終了する。

図４は、開繊糸４に対して連続的に開繊幅を測定する位置を示す。開繊糸の画像３０に対して、タイマ２５に設定される時間と、モータ２８による開繊糸４の搬送速度とに基づいて、測定用の仮想的な走査線３１，３２，３３，…が設定される。処理装置１０は、各走査線３１，３２，３３，…に沿って、幅方向の一端側の外側から移動して、最初に画像が検出される位置３１ａ，３２ａ，３３ａ，…を、それぞれ一端側の位置と判断する。次に、幅方向の他端側の外側から走査線３１，３２，３３，…に沿って移動して、最初に画像が検出される位置３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，…を、それぞれ他端側の位置と判断する。一端側の位置３１ａ，３２ａ，３３ａ，…と他端側の位置３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，…との間の距離が開繊幅となる。

すなわち、開繊幅測定装置１は、繊維の束である開繊糸に予め定める張力をかけて保持する保持手段としての前方ロール５、後方ロール６、引張力調整機構７および中継ロール９を含む。このような保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段としては、カメラ３が設けられる。撮像手段であるカメラ３によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段としては、処理装置１０が設けられる。

さらに、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する開繊幅測定装置１は、引張力調整機構７などの保持手段が測定対象となる繊維の束である開繊糸４に予め定める張力を付加して引張りながら、カメラ３で開繊糸４の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。処理装置１０は、カメラ３によって撮像される画像に基づき、開繊糸４の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、開繊糸４の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。処理装置１０は、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。

なお、開繊状態測定装置１では、繊維の束を、長手方向に連続的に走行させながら保持し、カメラ３で、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、処理装置１０は、開繊幅の算出を、予め定める周期で行うようにしているので、処理装置１０による開繊幅の算出結果を記録計２７などに記録することができる。ただし、このような連続的な測定や記録が不要であれば、処理や構成を簡略化することができる。

また、開繊糸４として炭素繊維を対象としている場合を示しているけれども、他の有機繊維や無機繊維でも同様に開繊幅を測定することができる。

本発明の実施の一形態である開繊幅測定装置１の概略的な構成を示す簡略化した正面図である。 図１の処理装置１０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。 図１の開繊幅測定装置１で開繊糸４の幅を測定する概略的な手順を示すフローチャートである。 図１の開繊幅測定装置１で開繊幅が連続的に測定される位置を示す図である。

符号の説明

１ 開繊幅測定装置
３ カメラ
４ 開繊糸
５ 前方ロール
６ 後方ロール
７ 引張力調整機構
８ 巻取機構
９ 中継ロール
１０ 処理装置
１１，１２，１３，…，１ｎ 単糸画像
２０ ＣＰＵ
２４ 画像メモリ
２５ タイマ
２７ 記録計
３０ 開繊糸の画像
３１，３２，３３，… 走査線

Claims (3)

1. 繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する方法であって、
   測定対象となる繊維の束に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像し、
   撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、
   検出される両端間の距離として、開繊幅を測定することを特徴とする繊維束の開繊幅測定方法。
2. 繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する装置であって、
   繊維の束に予め定める張力をかけて保持する保持手段と、
   保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段と、
   撮像手段によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段とを含むことを特徴とする繊維束の開繊幅測定装置。
3. 前記保持手段は、前記繊維の束を、長手方向に連続的に走行させながら保持し、
   前記撮像手段は、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、
   前記処理手段は、前記開繊幅の算出を、予め定める周期で行い、
   処理手段による開繊幅の算出結果を記録する記録手段を、さらに含むことを特徴とする請求項２記載の繊維束の開繊幅測定装置。

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