JP2008002052A - 糸条幅の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ワインダ等で巻き上がり、パッケージ化された状態での黒色の糸条の幅を精度良く測定する、さらに、人的操作を少なくして行え、測定時間の短縮および作業疲労度の軽減を図ることができる糸条幅の測定方法を提供する。
【解決手段】
黒色の糸条が巻回されてなるパッケージの外層に位置する糸条の幅を測定する方法であって、幅を測定しようとする糸条に向かって、その長手方向に沿って光を照射し、その反射光を受光し、その受光した反射光の光量の強弱を２値化し、演算して、糸条の幅を測定することを特徴とする糸条幅の測定方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワインダ等で巻き取られた繊維糸条等のパッケージの外層に巻かれた状態の糸条幅を測定する方法に関し、特に炭素繊維糸条の糸条幅測定に好適な糸条幅の測定方法に関する。

繊維糸条を加工する場合、その糸条幅が加工性に重要な影響を与えることがあるが、加工時にその糸幅を制御するよりも、加工に供する糸条が巻き取られたパッケージ中の糸条が所定の糸条幅であることを確認して選別する方が有利な場合がある。このような場合、パッケージとして巻き取られた糸条における糸条幅を測定して選別することになる。かかる場合、通常、巻き上がり後のパッケージにおいてその表層に位置する糸条の糸条幅を測定することが行われている。この場合、例えば抜き出し検査方式では、パッケージ表面の糸条幅を物差し等を使用した目視によって測定することもできるが、このような方式では、加工に用いる全てのパッケージについて糸条幅を測定をしようとすると多大な労力を要する。また、物差し等を使用した目視による検査では、個人のバラツキによる測定精度の低下や作業負担が高いことから、所定の糸条幅を外れたパッケージを見落とすおそれがあった。

テープなどの幅を測定する技術として、走行するテープや繊維束に所定の張力をかけて拡げ、レーザー測長器等により、発光器を対象物の上方に、受光器を下方に配置して、走行上のテープや繊維束の縁に対して直交する向きに平行状態で走査発振させ、受光器から縁側の信号位置を出力したものをコンピュータに取り込み糸条幅を直接測定する技術（例えば、特許文献１、２参照）や、幅方向に横行するテープなどの条体がある測定点を横切り始めてから横切り終わるまでの時間を計測し、既知の条体横行速度を基に条体幅を算出する技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。しかし、これら技術はいずれも、空間中を走行したり横行したりしている糸条についてその糸条幅を測定する場合には有効であるが、ワインダ等で巻き取られパッケージとなったもので、その外層における糸条幅を測定する場合、適用することができない。

また、ＣＣＤカメラ等により採取された糸条の画像データを２値化し、エッジラインに沿ってその両側から走査を行うことによって画像のエッジを検出し、該エッジの座標値から検出ラインの上のエッジ間距離を求めるエッジ検出技術も知られているが（例えば特許文献４参照）、炭素繊維などの黒色の糸条では、黒色の糸条の上に、黒色の糸条が巻かれるため、パッケージ表面は黒一色となり、２値化による識別が困難である。
特開平８−３２７３３０号公報 特開２００５−２６４４０５号公報 特開２００５−２３３８０５号公報 特許第２６２３１４９号公報

本発明は、ワインダ等で巻き上がり、パッケージ化された状態での黒色の糸条の幅を精度良く測定する、さらに、人的操作を少なくして行え、測定時間の短縮および作業疲労度の軽減を図ることができる糸条幅の測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
（１）黒色の糸条が巻回されてなるパッケージの外層に位置する糸条の幅を測定する方法であって、幅を測定しようとする糸条に向かって、その長手方向に沿って光を照射し、その反射光を受光し、その受光した反射光の光量の強弱を２値化して画像を形成させ、その画像を用いて、糸条の幅を測定することを特徴とする糸条幅の測定方法。
（２）パッケージをパッケージ軸を軸として回転させる上記（１）に記載の糸条幅の測定方法。
（３）パッケージをパッケージ軸方向に直列に並べ、パッケージと光源との相対的な位置をスライドさせる上記（１）または（２）に記載の糸条幅の測定方法。
（４）前記糸条が炭素繊維糸条である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の糸条幅の測定方法。

本発明によれば、従来判別の難しかった炭素繊維等の黒色の糸条が巻き取られてなるパッケージにおいて、その表面糸条に対して、光源から発せられた光の強弱により、受光した光を２値化した画像データに基づきながら、炭素繊維パッケージ表面の糸条幅を測定することで、精度が高く、人的操作を少なくして行え、測定時間の短縮および作業疲労度の軽減を図ることができ、製品の異常が確実に発見できる。

以下に本発明について、望ましい実施の形態とともに、より詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の一実施態様に係わる糸条幅測定方法を説明するための、糸条幅測定装置にパッケージを配置した概略上面図と概略側面図である。パッケージ４は、黒色の糸条が巻回されており、その外層に位置する糸条５の幅を測定する状況を示している。かかる場合、糸条５に向かって、その長手方向に沿って光源１から光を照射する。パッケージ４は、糸条が綾振りして巻き付けられているため、綾振りにおける１つの行程にある糸条はある一定の方向に整列している。このとき、図１の上面図において、パッケージの軸と直交する方向と綾振りされた糸条のなす角を綾角といい、前述の、糸条５に向かって、その長手方向に沿って光源１から光を照射するとは、綾角に平行に光を照射することをいう。なお、1つの行路で綾振りされた最外層の糸条は、その長手方向が実質的に並行しているが、最外層のすぐ下の層の糸条は、逆の行路で綾振りされているので、その長手方向は最外層の糸条とは他方向（通常、絶対値が同じで正負のみが異なる綾角を有する）となっており、最外層の糸条とは並行していない。そのため、図３で示すように、Ａのように、最外層の糸条の長手方向に沿って光を照射すると、糸条に当たった光は、正反射のように、実質的に同じ角度で一様に反射し、強い反射光を生じるため、一定角度において、糸条のエッジからエッジまでが光の帯となる。これに対して、Ｂのように、光を糸条の長手方向に沿って照射しない場合には、糸条の表面の凹凸が光の反射を乱すため、光は乱反射して、光の帯を生じない。

光源１の種類については、黒色の糸条に光の帯を生じさせるよう、自然光、蛍光灯、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略記する）、レーザー光等が用いられる。光の波長によっても、光沢がはっきり現れる場合があるため、好ましくは光源の幅や波長を測定対象に応じて変化させることができるＬＥＤを用いるのがよい。また、光のコヒーレント（平行度）が高く、水平面に光が当たれば、反射後もそのコヒーレントを崩しにくいレーザー光を用いることも好ましい。光源の形状としては、点光源を複数個集めたバーとして擬似的に線（もしくは面）状としたもの、点光源からの光線を被測定物上で線状に走査させて擬似的に線光源としたものが使用できる。

前述のように擬似的に線（もしくは面）光源とした場合の長さ（点光源を線上に走査させて擬似的に線光源としたものの場合は走査する範囲の長さ）を光源の幅といい、光源の幅は、測定しようとする糸条幅Ｌ３に対して好ましくは１．１〜７倍、より好ましくは１．１〜４倍とすると光の帯がはっきりと生じることから精度よく測定が行える。光源の幅が糸条幅Ｌ３に対して等倍以下では糸条幅の２値化をすることが困難な場合がある。また７倍を越えると光の散乱が大きくなり２値化が困難となる場合があるため、精度の低下を生じることがある。精度の観点からは光源の幅が糸条幅Ｌ３の等倍に近い方が精度が高く測定できることから好ましい。

また、光が糸条に対し、できるだけ一方向のみに入射できるようにするのが良い。

光源１より照射した光が糸条の表面で反射され、その反射光が受光素子を有する受光装置で受光される。

受光素子としては、通常、電荷結合素子（以下、ＣＣＤと略記する）が用いられる。したがって、受光装置３としては、通常、ＣＣＤを搭載したカメラ、いわゆるＣＣＤカメラが利用される。受光した反射光の光量の強弱を、受光素子で検出信号に変換し、その信号を、ある一定の閾値をもって閾値以上を白、閾値以下を黒として２値化し、演算し、糸幅を検出する。演算は、通常、２値化した白部分の幅方向の画素数を算出し、画素間の距離との積を求めることにより行われる。また、２値化したものを画像表示すれば視覚的に捉えることもできる。受光素子からの信号の２値化および演算のためには、たとえば（株）キーエンスの画像解析装置（型式：ＣＶ−３０００）等の画像解析装置を用いることができる。読みとられた繊維軸方向のサイドエッジは、パッケージからの距離とピクセル数からサイドエッジの距離を換算して糸条幅を算出することができる。

光源１と測定対象位置Ｍとの距離Ｌ４は０．１ｃｍ〜５０ｃｍ、好ましくは、５ｃｍ〜３０ｃｍであることが望ましい。０．１ｃｍ未満では、ＣＣＤカメラの集光レンズで、反射光を受光する範囲が狭く光の強弱が生じにくい。１０００ｃｍを越えると糸の表面に十分な反射を生じるような光量を得ることができなくなるため、２値化が困難となる。

パッケージ外層の測定対象位置Ｍと受光装置３（ＣＣＤカメラ）との距離Ｌ５は０．１〜１００ｃｍ、好ましくは、１ｃｍ〜３０ｃｍがよい。０．１ｃｍ未満では全ての光を強く捉えてしまうため、反射光が強くなりすぎるため、２値化が困難となる。また、１００ｃｍを越えると距離が離れすぎて、ＣＣＤカメラの集光レンズで得られる光は弱くなるため、２値化は困難となることがある。

図２に示す光源１と測定対象位置Ｍとを結ぶ直線と、測定対象位置ＭとＣＣＤカメラのレンズ中心とを結ぶ直線とがなす角度θは９０°〜１５０°が好ましい。９０°未満では、反射光量は多くなるが、糸条長手方向に入射した光のみが強く光沢を生じ、他方向からの光は反射するといった前述の効果がなくなり、２値化が困難となる。１５０°を越えると、反射面の見た目の面積が減少し、光量が弱くなるため、受光しにくくなる。

図１において、本発明で用いる糸条は、黒色であり、実質的に撚がかかっていなければ特に制限されるものではなく、耐炎化繊維や炭素繊維のほか、黒色の顔料、染料、添加剤等で着色した、アクリル繊維、ポリエステル繊維、セルローズ繊維、レーヨン繊維、ポリアミド繊維、ポリベンザロール繊維などの合成繊維を用いることができる。特に、光を反射しやすく、多糸条からなる理由で、炭素繊維糸条に適用することが好ましい。なお、実質的に撚りがかかっていないとは、通常、炭素繊維製造時に合糸等を行うための撚りを人工的にかけていないこと（撚り数の絶対値が１ターン／ｍ以下であること）ことをいう。

本発明は、糸条として、総繊度が１００〜５００００ｄｔｅｘであるものを測定するに適している。総繊度が１００ｄｔｅｘ未満になると、糸条幅Ｌ３が狭くなり過ぎるため乱反射が生じやすくなることで光の帯が生じにくくなり、糸幅を測定するために必要な光源を受光しにくくなるため、糸条からの反射光におけるエッジの２値化が複雑となり、画像解析が困難となる場合がある。また、５００００ｄｔｅｘを越えると糸条幅が広くなりすぎるため、最外層の糸条が隙間を持たず重なり合う。従って、乱反射を生じず全てが同じ角度での反射を生じ、光の帯が生じないことで、２値化が困難となる場合がある。好ましくは３００〜４００００ｄｔｅｘがよい。また、パッケージ上の糸条幅Ｌ３は０．１ｃｍ〜１０ｃｍ、好ましくは０．２〜２ｃｍであることが好ましい。０．１ｃｍ未満になると外層の糸条幅は非常に細く巻き付けられるため、受光装置３（ＣＣＤカメラ）に充分な反射光を得ることができず、２値化が困難となり、誤換算を生じやすくなることがある。一方、１０ｃｍを越えると光源からの反射光が広すぎ、例えば集光レンズへの集光が微弱となり、２値化が困難となる場合がある。

パッケージとしては、その巻き幅Ｌ１が５ｃｍ〜３００ｃｍであるものが望ましい。５ｃｍ未満になると、パッケージとして巻き付けおよび反射光の検知が困難となる。また、３００ｃｍを越える繊維パッケージの製造自体が困難であるとともに装置の規模およびコストも非常に高価となる。好ましくは２０ｃｍ〜２００ｃｍがよい。複数の繊維パッケージを一度に測定する場合も考慮すると、さらに好ましくは２５ｃｍ〜１００ｃｍがよい。

パッケージの巻き厚みＬ２については、特に限定するものではないが、０．１ｃｍ〜２００ｃｍ、好ましくは０．２ｃｍ〜２０ｃｍであるのがよい。０．１ｃｍ未満では、糸条を巻き付けるのに充分な厚みとならないため、測定が困難となり、２００ｃｍを越えると製品巻きが崩れやすくなるため、製品がパッケージとしての形状を保つことが困難である場合がある。なお、パッケージの巻き厚みとは、パッケージにおける糸条の最内層から最外層までの距離をいい、パッケージにボビンを用いている場合には、ボビンの最外部から糸条を巻き付けた最外層までの距離となる。

パッケージの巻き幅L１は特に規定するものではないが、１０ｃｍ〜１００ｃｍが好ましく、さらに好ましくは２０〜４０ｃｍが好ましい。パッケージの巻き幅とは、糸条が巻かれているパッケージ軸方向の長さを意味する。パッケージの巻き幅が１０ｃｍ未満になるとパッケージの巻きの厚みＬ２が大きくなるため、綾落ち（糸条が落ちやすくなる）の発生を生じやすく、生産管理に適していない。さらに１００ｃｍを越えるとパッケージ糸条の重量が大きくなり、梱包および運搬が困難となる。

本発明において、パッケージをパッケージ軸を軸として回転させることで、パッケージの外層全周にわたって糸条幅を測定することができる。パッケージ軸とは、円筒状パッケージにおいて外形が回転対称となる軸を意味する。その回転速度は特に限定されるものではないが、５０ｍ／分以下、好ましくは１０ｍ／分以下とするのが良い。５０ｍ／分を越えると、画像処理における値の平均化ができなくなり、精度が著しく低下もしくは測定不可能となることがある。

また、本発明において、複数本のパッケージをパッケージ軸方向に直列に並べ、パッケージと光源との相対的な位置をスライドさせれば、パッケージを掛け替えることなく測定できることから好ましい。かかる場合において、パッケージと光源との相対的な位置をスライドさせるには、パッケージを移動させても良いし、光源を移動させてもよいし、両方を移動させても良い。その場合、パッケージと光源との相対的な位置をスライドさせる速度は０ｍ／秒〜５０ｍ／分、好ましくは０ｍ／秒〜１０ｍ／分とするのがよい。５０ｍ／分を越えると、画像処理において、精度を高めるため、同じ位置の写真を何度も撮り、その糸幅を演算し糸幅をそれぞれ算出し、得られた値を平均することで値の精度を向上させる値の平均化ができなくなり、精度が著しく低下もしくは測定不可能となることがある。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本実施例における変動係数（ＣＶ）とは、標準偏差÷平均値×１００（％）で計算される値であり、バラツキの指標となる。
(実施例)
図１，２のように光源１、受光装置３（ＣＣＤカメラ）、画像解析装置６、パッケージ４を配置し、糸条幅を測定した。光源１には、(株)キーエンス社製のバー方式ＬＥＤ照明（型式：ＣＡ−ＤＢＷ５、光源の幅：１．５ｃｍ）、ＣＣＤカメラには（株）キーエンス社製のＣＣＤカメラ（型式：ＣＶ−２００Ｃ）、画像解析装置６には、（株）キーエンス社製の画像解析装置（型式：ＣＶ−３０００）を使用し、Ｌ４を２５ｃｍ、Ｌ５を２５ｃｍ、θを１３０°とした。次に示す３個のパッケージについて、測定対象位置Ｍは全て同一の位置として、パッケージ外層の糸条１５本（パッケージＡ〜Ｃ）および１０本（パッケージＤ）について、３０回繰り返して糸条幅を測定した。さらに測定開始から測定後の平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまで時間を測定した。
パッケージＡ： 単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ、単繊維数３,０００本の炭素繊維糸条を１ｋｇ巻回してなるパッケージ（紙管長さ２７．７ｃｍ、パッケージの巻き幅２４．５ｃｍ、パッケージの巻き厚み１．２ｃｍ）
パッケージＢ： 単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ、単繊維数１２,０００本の炭素繊維糸条を６ｋｇ巻回してなるパッケージ（紙管長さ２７．７ｃｍ、パッケージの巻き幅２４．５ｃｍ、パッケージの巻き厚み５．５ｃｍ）
パッケージＣ： 単繊維繊度０．４ｄｔｅｘ、単繊維数１８,０００本の炭素繊維糸条を４ｋｇ巻回してなるパッケージ（紙管長さ２７．７ｃｍ、パッケージの巻き幅２４．５ｃｍ、パッケージの巻き厚み４．０５ｃｍ）
パッケージＤ： 単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ、単繊維数４８,０００本の炭素繊維糸条を６ｋｇ巻回してなるパッケージ（紙管長さ２７．７ｃｍ、パッケージの巻き幅２４．５ｃｍ、パッケージの巻き厚み５．１５ｃｍ）
パッケージＡでは、１５糸条３０回、すなわち４５０回測定における平均値が０．２７ｃｍで変動係数（ＣＶ）は２．０％であった。また、電子物差しにより時間をかけて精密に測定した結果では、パッケージＡに、糸条幅が０．１９ｃｍ未満となる糸条が４本存在することが分かっていたが、本発明による測定でも、３０回の全ての繰り返しにおいて、糸条幅が０．１９ｃｍ未満となる糸条が４本存在した。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は９分であった。

パッケージＢでは、１５糸条３０回、すなわち４５０回測定における平均値が０．６４ｃｍで変動係数（ＣＶ）は１．９％であった。また、電子物差しにより時間をかけて精密に測定した結果では、パッケージＢに、糸条幅が０．５５ｃｍ未満となる糸条が２本存在することが分かっていたが、本発明による測定でも、３０回の全ての繰り返しにおいて、糸条幅が０．１９ｃｍ未満となる糸条が２本存在した。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は８分であった。

パッケージＣでは、１５糸条３０回、すなわち４５０回測定における平均値が０．６３ｃｍで変動係数（ＣＶ）は１．８％であった。また、電子物差しにより時間をかけて精密に測定した結果では、パッケージＢに、糸条幅が０．６０ｃｍ未満となる糸条が２本存在することが分かっていたが、本発明による測定でも、３０回の全ての繰り返しにおいて、糸条幅が０．１９ｃｍ未満となる糸条が２本存在した。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は８分であった。

パッケージＤでは、１０糸条３０回、すなわち３００回測定における平均値が１．１６ｃｍで変動係数（ＣＶ）は１．９％であった。また、電子物差しにより時間をかけて精密に測定した結果では、パッケージＢに、糸条幅が１．０５ｃｍ未満となる糸条が１本存在することが分かっていたが、本発明による測定でも、３０回の全ての繰り返しにおいて、糸条幅が１。０５ｃｍ未満となる糸条が１本存在した。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は９分であった。
（比較例）
実施例で用いたパッケージを、人手でよって通常の物差しを用いて通常の速度で糸条幅を測定した。３０人に同じ測定を繰り返させた。

パッケージＡでは、１５糸条３０人、すなわち４５０回測定における平均値が０．２８ｃｍで変動係数（ＣＶ）は３．５％であった。また、糸条幅が０．１９ｃｍ未満となる糸条が４本存在することを検出できたのは３０人中２４人だけであった。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は３３分であった。

パッケージＢでは、１５糸条３０人、すなわち４５０回測定における平均値が０．６３ｃｍで変動係数（ＣＶ）は３．８％であった。また、糸条幅が０．５５ｃｍ未満となる糸条が２本存在することを検出できたのは３０人中２７人だけであった。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は２７分であった。

パッケージＣでは、１５糸条３０人、すなわち４５０回測定における平均値が０．６５ｃｍで変動係数（ＣＶ）は４．０％であった。また、糸条幅が０．６０ｃｍ未満となる糸条が２本存在することを検出できたのは３０人中２６人だけであった。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は２６分であった。

パッケージＤでは、１０糸条３０人、すなわち３００回測定における平均値が１．２１ｃｍで変動係数（ＣＶ）は４．１％であった。また、糸条幅が１．０５ｃｍ未満となる糸条が１本存在することを検出できたのは３０人中２９人だけであった。さらに測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）を算出するまでに要した時間は２２分であった。

比較例のような、物差しによる人手による測定では、変動係数（ＣＶ）を２．０％以下とすることは不可能であったが、本発明により、変動係数（ＣＶ）を２．０％以下とすることができるようになった。また測定開始から糸条幅平均値および変動係数（ＣＶ）算出までの時間も最大で２４分短縮することができた。実施例および比較例の結果を表１にまとめた。

本発明は、黒色糸条のパッケージにおける糸条幅を省力化して精密に測定できるので、特にパッケージにおける糸幅の品質管理を必要とする分野に適用可能である。

本発明の一様態を説明する糸条幅測定装置とパッケージの概略上面図である。 本発明の一態様を説明する糸条幅測定装置とパッケージの概略側面図である。 本発明において、光源からの照射光の反射原理を説明するモデル図である。 本発明において、受光から糸条幅検出までを説明するブロック図である。

符号の説明

１ 光源
２ 紙管
３ 受光装置
４ パッケージ
５ 糸条
６ 画像解析装置
Ｍ 測定対象位置
Ｌ１ パッケージの巻き幅
Ｌ２ パッケージの巻き厚み
Ｌ３ 糸条幅
Ｌ４ 光源１と測定対象位置Ｍとの距離
Ｌ５ 測定対象位置Ｍと受光装置３（ＣＣＤカメラ）との距離
θ 光源１と測定対象位置Ｍとを結ぶ直線と、測定対象位置ＭとＣＣＤカメラのレンズ中心とを結ぶ直線とがなす角度

Claims (4)

1. 黒色の実質的に撚がかかっていない糸条が巻回されてなるパッケージの外層に位置する糸条の幅を測定する方法であって、幅を測定しようとする糸条に向かって、その長手方向に沿って光を照射し、その反射光を受光し、その受光した反射光の光量の強弱を２値化し、演算して、糸条の幅を測定することを特徴とする糸条幅の測定方法。
2. パッケージをパッケージ軸を軸として回転させる請求項１に記載の糸条幅の測定方法。
3. パッケージをパッケージ軸方向に直列に並べ、パッケージと光源との相対的な位置をスライドさせる請求項１または２に記載の糸条幅の測定方法。
4. 前記糸条が炭素繊維糸条である請求項１〜３のいずれかに記載の糸条幅の測定方法。

Images