JP3574393B2 - 繊維径測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成繊維の繊維径を測定する技術に関し、特に、ポリエステル等の合成繊維の繊維径を紡出中に測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル繊維等の合成繊維の製造工程においては、製造される際の繊維径が重要な管理項目である。繊維径が所定の値より小さくなると、製造工程において糸切れが発生して、その処理のために製造工程の稼働率が低下する。一方、繊維径が所定の値より大きくなると、製造された繊維を用いて織られた布帛にすじが発生する等の品質上の問題が発生する。このような重要な管理項目の１つである合成繊維の繊維径を測定する方法として、特開平１１−２４８４２７号公報に開示されるグラスウールの平均繊維径測定方法がある。
【０００３】
この公報に開示された測定方法は、繊維径が予め明らかなグラスウールに対して、そのグラスウールに透明体を密着させてレーザー光を照射した際の正反射光光強度Ｘおよび散乱光光強度Ｙを測定して、変換係数Ｋと定数Ａとを含む変換式を準備する準備ステップと、測定対象のグラスウールに対して、グラスウールに透明体を密着させてレーザー光を照射して正反射光光強度Ｘおよび散乱光光強度Ｙを測定する測定ステップと、準備ステップにて準備した変換式により平均繊維径ｄを算出する算出ステップとを含み、変換式は、Ｘ／Ｙ＝Ｋ×ｄ＋Ａで表わされる測定方法である。
【０００４】
この公報に開示された測定方法によると、グラスウール上に透明なガラス板を強く圧着すると、ガラス板の表面にその圧着面が構成されたものとみなすことができる。そこにレーザー光を照射すると正反射光と散乱光を生じる。グラスウールの平均繊維径が大きいほど、圧着面は平面状態に近似するため、レーザー光の照射による正反射光が大きく、散乱光が少ない。一方、グラスウールの平均繊維径が小さいほど、同一のレーザー照射領域内に光散乱体が多く存在することになり、より粗面状態になることになり、レーザー光の照射による散乱光が生じやすい。すなわち、平均繊維径と正反射光および散乱光との間の関連性を用いて、グラスウールの平均繊維径を算出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の公報に開示された測定方法では、静止状態にある繊維の繊維径を測定することができても、紡出中のポリエステル繊維をオンラインで測定することができない。オンラインで繊維径を測定することができないため、オンラインで収集された繊維径のデータを分析して、製造工程において発生する糸切れおよび布帛に織られてからの品質上の異常等を未然に防ぐことができない。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る繊維径測定装置は、紡出中の合成繊維の繊維径を測定する繊維径測定装置であって、合成繊維は、静止状態において所定の測定ポイントに設置され、紡出時に測定ポイントからのずれを生じ、繊維径測定装置は、合成繊維に対して、測定ポイントに集光された測定光を照射するための照射手段と、照射手段により照射された合成繊維の散乱光を受光して、受光した散乱光の光強度を検知するための検知手段と、検知手段に接続され、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値以上である場合に、散乱光の光強度に基づいて、合成繊維の繊維径を算出するための算出手段とを含む。
【０００８】
第１の発明によると、照射手段は、紡出中の合成繊維に対して、測定ポイントに集光された測定光を照射する。検知手段は、照射手段により照射された合成繊維の散乱光を受光して、受光した散乱光の光強度を検知する。算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値以上である場合に、散乱光の光強度に基づいて、合成繊維の繊維径を算出する。これにより、測定ポイントから合成繊維がずれて受光した散乱光の光強度がしきい値以上であると、その散乱光の光強度に基づいて合成繊維の繊維径を算出し、測定ポイントから合成繊維が大きくずれた際のしきい値未満の散乱光の光強度に基づく繊維径の算出を行なわない。その結果、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、しきい値は、紡出時における測定ポイントからのずれ量の関数により表わされる値である。
【００１０】
第２の発明によると、しきい値をずれ量の関数で表わすため、測定範囲において許容されるずれ量に基づいて、関数によりしきい値を算出することができ、しきい値を実測する必要がなくなる。
【００１１】
第３の発明に係る繊維径測定装置は、第２の発明の構成に加えて、照射手段は、半導体レーザ光を発生するためのレーザ光発生手段と、レーザ光発生手段からのレーザ光を幅Ａに拡散させる拡散レンズと、拡散レンズにより拡散されたレーザ光を幅Ｂに集光させる集光レンズとを含み、集光レンズと測定ポイントとの距離をＬ、ずれ量をΔＸおよび集光レンズにより集光された光の測定ポイントにおける光強度をＩとして、しきい値は、［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされるものである。
【００１２】
第３の発明によると、レーザ光発生手段が発生した半導体レーザ光は、拡散レンズにより幅Ａに拡散されて、拡散レンズにより拡散されたレーザ光は集光レンズにより幅Ｂに集光される。集光レンズと測定ポイントとの距離をＬ、ずれ量をΔＸおよび集光レンズにより集光された光の測定ポイントにおける光強度をＩとして、しきい値は、［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされる。これにより、しきい値を上述の関数で表わすため、測定範囲において許容されるずれ量ΔＸに基づいて、関数によりしきい値を算出することができ、しきい値を実測する必要がなくなる。
【００１３】
第４の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度と合成繊維の繊維径との間に成立する正の相関関係を用いて、合成繊維の繊維径を算出するための手段を含む。
【００１４】
第４の発明によると、算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度と合成繊維の繊維径との間に成立する正の相関関係を用いて、合成繊維の繊維径を算出する。これにより、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００１５】
第５の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、検知手段と算出手段とに接続され、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値を上回ると、受光した散乱光の光強度に基づいて、しきい値を逐次更新するための更新手段をさらに含む。
【００１６】
第５の発明によると、更新手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値を上回ると、受光した散乱光の光強度に基づいて、しきい値を逐次更新する。これにより、測定ポイントにより近い場合の光強度の測定値に基づいて繊維径が算出される。これにより、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインでさらに正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
本実施の形態に係る繊維径測定装置は、予め定められた測定ポイントに集光されたレーザ光を発生する照射部と、照射部によりレーザ光が照射された合成繊維からの散乱光を受光するセンサ部と、センサ部が受光した散乱光の光強度に基づいて繊維径を算出する測定部とを含む。
【００１９】
本実施の形態で測定対象とした合成繊維は、たとえば、ポリエステル繊維である。ポリエステル繊維の原料は透明であり、レーザ光を照射しても散乱光を発生しない。しかしながら、通常ポリエステル繊維を製造する際には、繊維に光沢を発生させるために、酸化チタンの金属粉末が添加されて紡出される。この酸化チタンがレーザ光に対する散乱体となる。このとき、散乱光の光強度は、酸化チタンが均一に添加されているため、体積に比例する。後述するように合成繊維に照射されるシート状のレーザ光の厚みは一定であるため、体積は断面積に比例し、結果的に散乱光の光強度から繊維径を算出することができる。
【００２０】
図１を参照して、測定部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２と、メモリ１０４と、固定ディスク１０６と、キーボード１０８と、表示モニタ１１０と、入出力インターフェイス１１２とを含む。
【００２１】
センサ部１２０は、測定対象の合成繊維を中心として照射部の反対側に設置され、合成繊維からの散乱光を検知する第１の受光センサ１４０と、照射部と同じ側に設置され、合成繊維からの散乱光を検知する第２の受光センサ１４２と、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の出力にそれぞれ接続され、受光センサからの出力信号を増幅する第１のアンプ１３０および第２のアンプ１３２とを含む。第１のアンプ１３０は、第１の受光センサ１４０に、第２のアンプ１３２は、第２の受光センサ１４２に、内蔵される構成であってもよい。また、受光センサおよびアンプは１組であってもよい。
【００２２】
測定部１００の入出力インターフェイス１１２とセンサ部１２０との間には、第１の受光センサ１４０、第２の受光センサ１４２にて検知されて第１のアンプ１３０、第２のアンプ１３２にて増幅された受光した光強度を表わすアナログ信号を、デジタル信号に変換する、１２ビットのＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１１４が接続される。本実施の形態においては、測定対象物である合成繊維の紡出中の横揺れ振動周波数が数Ｈｚであることから、合成繊維からの散乱光の光強度を測定するサンプリング周波数を約１０ｋＨｚに設定した。
【００２３】
ＣＰＵ１０２は、固定ディスク１０６に記憶されたプログラムを実行して、測定部１００の全体を制御して、入出力インターフェイス１１２を介してセンサ部１２０から受信した光強度に基づいて繊維径を算出する。メモリ１０４には、センサ部１２０から受信した光強度、ＣＰＵ１０２が実行するプログラムの中間結果であるしきい値等が記憶される。固定ディスク１０６には、ＣＰＵ１０２が実行するプログラム、繊維径と光強度との相関関係に基づいて算出された光強度から繊維径への換算式等が記憶される。この繊維径測定装置のオペレータにより、キーボード１０８から、初期設定要求が入力されたり、オンライン計測要求が入力されたりする。表示モニタ１１０には、キーボード１０８からオペレータが入力した要求コマンドの確認画面、オンライン計測状況等が表示される。入出力インターフェイス１１２は、測定部１００とＡ／Ｄ変換器１１４とを接続してデータ通信する。なお、測定部１００は、実際にはパーソナルコンピュータ等により実現される。
【００２４】
図２を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置の照射部は、紡出中の合成繊維９００に照射するレーザ光を発生するレーザ光発生器２００と、レーザ光発生器２００にて発生されたレーザ光を拡散する対物レンズ３００と、対物レンズ３００にて拡散されたレーザ光を測定ポイント８００に集光する円筒レンズ４００とを含む。対物レンズ３００および円筒レンズ４００により、厚みが一定の扇型のシート状のレーザ光が測定ポイント８００に照射される。なお、合成繊維９００は、静止状態において所定の測定ポイント８００に設置されるが、紡出中には、数Ｈｚの横揺れ振動周波数で測定ポイント８００からのずれを生じる。
【００２５】
図３を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置の照射部について、さらに詳しく説明する。図３に示すように、第１の受光センサ１４０は、測定ポイント８００から距離Ｒの位置に設置され、第２の受光センサ１４２は、測定ポイント８００を中心として、第１の受光センサ１４０とは点対称である位置に設置される。なお、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２は、円筒レンズ３００の中心線から約３０度傾けて設置されている。
【００２６】
以下の説明では、円筒レンズ３００に入射されるレーザ光の幅は２Ａ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅は２Ｂ、円筒レンズ３００から測定ポイントまでの距離をＬおよび測定ポイント８００からずれ量ΔＸだけずれた位置をポイント８０２とする。
【００２７】
測定ポイント８００におけるレーザ光の集束点光強度をＩｃとすると、ポイント８０２におけるレーザ光の光強度をＩ（ΔＸ）は、近似的に、Ｉ（ΔＸ）＝［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉｃ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされる。これにより、照射部の設計データから、円筒レンズ３００に入射されるレーザ光の幅２Ａ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅２Ｂ、距離Ｌを算出して、繊維径を測定できる許容範囲としてずれ量ΔＸを設定することにより、許容範囲にある場合の光強度のしきい値を算出できる。
【００２８】
本実施例においては、紡出される合成繊維の直径を約１５μｍと想定して、焦点距離３０ｍｍの円筒レンズ３００を用いた。この円筒レンズ３００に入射するレーザ光の幅Ａを１５ｍｍ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅Ｂを２００μｍ、距離Ｌを５０ｍｍとした。実際に、正確に繊維径を算出できる許容範囲であるずれ量ΔＸを１ｍｍに設定して、無次元化されたしきい値Ｉ（ΔＸ）／Ｉｃは、［［（２００×１０−３×５０）／１５｝／１］＝０．６７となる。すなわち、オンライン測定においては、光強度比率Ｉｆ／ＩｃおよびＩｂ／Ｉｃが０．６７より大きい場合に、受光センサが検知した光強度に基づいて繊維径を算出することにより、精度高く繊維径を測定できる。なお、光強度Ｉｆとは、第１の受光センサ１４０が受光した光強度であり、光強度Ｉｂとは、第２の受光センサ１４２が受光した光強度である。
【００２９】
図４を参照して、この計算により算出したしきい値を、予備実験において実際に測定した光強度に基づいて算出する方法について説明する。図４は、数種のずれ量ΔＸに対して、光強度比率Ｉ／Ｉｃ（Ｉｆ／Ｉｃは第１の受光センサ１４０、Ｉｂ／Ｉｃは第２の受光センサ１４２に対応する）を実際に測定したものである。この図からわかるように、たとえば、ずれ量ΔＸが±１ｍｍを超えると、光強度比率０．５（ΔＸが−１ｍｍにおけるＩｆ／Ｉｃの測定値）程度になり、測定できる光強度が大きく落ち込む。このことは、測定対象の合成繊維が測定ポイント８００からずれてしまい、所定のレーザ光が照射されても、十分に散乱光を反射せずに、正確に繊維径を算出することができないことを示す。このように光強度比率が落ち込んだ光強度に基づいて繊維径を算出しても正確な繊維径を算出することができない。
【００３０】
計算によりしきい値を算出する代わりに、上述のように予備実験としてずれ量に対する光強度比率を実際に測定して、ずれ量と光強度比率との関係を図４のように作成して、測定できる光強度が大きく落ち込まない範囲を表わす光強度比率０．７をしきい値として算出することができる。このとき、算出されたしきい値は、固定ディスク１０６の予備実験データ結果テーブルに記憶される。
【００３１】
以下の説明では、計算により算出されたしきい値または図４に基づいて算出されたしきい値は初期値であって、しきい値は、オンライン測定中に逐次更新されるものとして説明する。
【００３２】
固定ディスク１０６に記憶される、散乱光の光強度から繊維径を算出するための換算式について説明する。前述の説明のように、ポリエステル繊維は、原料に均一に添加された酸化チタンの金属粉末等により、レーザ光が照射されると散乱光を発生する。この散乱光の光強度は体積に比例して、シート状のレーザ光の厚みは一定であるため、体積は断面積に比例し、結果的に散乱光の光強度から繊維径を算出することができる。図５に、繊維の断面積および繊維径が明らかであるポリエステル繊維を測定ポイント８００の位置に静止させて、レーザ光を照射して散乱光を実際に測定した結果を示す。繊維の断面積および繊維径と受光した光強度との間には、正の相関関係がある。この正の相関関係に基づいて換算式が算出され、算出された換算式は、固定ディスク１０６に記憶される。
【００３３】
図６を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置で実行されるプログラムは、初期設定処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３４】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＣＰＵ１０２は、キーボード１０８から、測定ポイント８００における集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検出したか否かを判断する。集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２へ移される。一方、集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知しないと（Ｓ１００にてＮＯ）、集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知するまで待つ。
【００３５】
Ｓ１０２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０による光強度Ｉｆおよび第２の受光センサ１４２による光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測したか否かを判断する。なお、前述の説明のように、光強度Ｉｆは、受光センサ１４０および第１のアンプ１３０を介して測定部１００に入力され、光強度Ｉｂは第２の受光センサ１４２および第２のアンプ１３２を介して測定部１００に入力される。光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測すると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へ移される。一方、ＩｆおよびＩｂのいずれかが光強度の最大値を計測するまでは（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０２へ戻され、いずれかが光強度の最大値を計測するまで待つ。なお、このＳ１０２における判断は、予め定められた一定時間の間に検知された最大値に基づいて判断される。
【００３６】
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ１０２は、オペレータが受光センサの位置を調整した結果、「第１の受光センサ１４０による光強度Ｉｆ＝第２の受光センサ１４２による光強度Ｉｂ」となるように、光強度が計測されたか否かを判断する。「Ｉｆ＝Ｉｂ」となる光強度を計測すると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へ移される。一方、「Ｉｆ＝Ｉｂ」となるように光強度が計測されないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０４に戻され、オペレータが受光センサの位置を調整して、「Ｉｆ＝Ｉｂ」となるまで、光強度が計測される。
【００３７】
Ｓ１０６にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の位置を決定して、メモリ１０４にその位置を表わす情報を記憶する。メモリ１０４に記憶された受光センサの位置を表わす情報は、次回の初期設定処理の際に読み出されて、表示モニタ１１０に表示され、その表示に基づいてオペレータが受光センサの位置を調整するようにしてもよい。
【００３８】
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ１０２は、静止状態における合成繊維の集束点光度Ｉｃを算出する。このとき、集束点光度Ｉｃは、ＩｆおよびＩｂと等しくなる。
【００３９】
Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１０２は、無次元化光強度（Ｉ／Ｉｃ）に対するしきい値Ｉｔｈの初期値を演算するか否かを判断する。しきい値Ｉｔｈの初期値を演算する場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２へ移される。一方、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算しない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４へ移される。
【００４０】
Ｓ１１２にて、ＣＰＵ１０２は、予め固定ディスク１０６に記憶されたデータに基づいて、［｛（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］からしきい値Ｉｔｈの初期値を算出する。算出されたＩｔｈの初期値は、固定ディスク１０６の所定の位置に記憶される。
【００４１】
Ｓ１１４にて、ＣＰＵ１０２は、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算により求めない場合、固定ディスク１０６の予備実験結果テーブルからしきい値Ｉｔｈの初期値を読出す。
【００４２】
図７を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置で実行されるプログラムは、オンライン計測処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００４３】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０２は、無次元化しきい値Ｉｔｈを、前述のＳ１１２またはＳ１１４にて算出したＩｔｈ初期値に設定する。また、変数Ｎを初期化（Ｎ＝０）する。
【００４４】
Ｓ２０２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２からの出力をバッファに格納する。
【００４５】
Ｓ２０４にて、ＣＰＵ１０２は、バッファがフル状態であるか否かを判断する。バッファがフル状態になると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６へ移される。一方、バッファがフル状態になるまでは（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０２へ戻され、受光センサからの出力をバッファに格納する。
【００４６】
Ｓ２０６にて、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２０２にて格納したバッファからデータを読出す。Ｓ２０８にて、ＣＰＵ１０２は、バッファが空状態であるか否かを判断する。バッファが空状態とは、バッファからＣＰＵ１０２がデータを読出すことによりバッファが空き状態になったことを示す。バッファが空き状態である場合には（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２へ戻され次のデータをバッファに格納していく。一方、バッファが空き状態でない場合には（Ｓ２０８にてＮＯ）、処理はＳ２１０へ移される。
【００４７】
Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１０２は、バッファから読出した第１の受光センサ１４０が測定した光強度Ｉｆを集束点光強度Ｉｃで除算した光強度比率Ｉｆ／Ｉｃが、しきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判断する。光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２へ移される。一方、光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈ以下である場合には（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出す。
【００４８】
Ｓ２１２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０が測定した光強度Ｉｆと第２の受光センサ１４２が測定した光強度Ｉｂとが等しいか否かを判断する。「Ｉｆ＝Ｉｂ」である場合には（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、処理はＳ２１４へ移される。一方、「Ｉｆ＝Ｉｂ」でない場合には（Ｓ２１２にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出す。
【００４９】
Ｓ２１４にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎについて、Ｎ＝Ｎ＋１の演算を行なう。Ｓ２１６にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎが、予め定められた定数Ｍより大きいか否かを判断する。変数Ｎが定数Ｍより大きい場合には（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、処理はＳ２２２へ移される。一方、変数Ｎが定数Ｍ以下である場合には（Ｓ２１６にてＮＯ）、処理はＳ２１８へ移される。なお、定数Ｍは、たとえば「１０」に設定され、メモリ１０４に記憶されている。
【００５０】
Ｓ２１８にて、ＣＰＵ１０２は、Ｉｆ（Ｎ）をメモリ１０４に格納する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１０２は、光強度から繊維径への換算式に基づいて、Ｉｆ（Ｎ）から繊維径を算出する。算出された繊維径は、表示モニタ１１０などに表示される。光強度から繊維径への換算式は、固定ディスク１０６に記憶され、メモリ１０４に読み出されている。
【００５１】
Ｓ２２２にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎが定数Ｍより大きい場合には、Ｍ個のＩｆ（Ｎ）（Ｎ＝１〜Ｍ）の平均値を算出する。
【００５２】
Ｓ２２４にて、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２２２にて算出した平均値に基づいて、新たなしきい値Ｉｔｈを算出する。このとき算出されるしきい値Ｉｔｈは、Ｓ２２２にて算出した平均値そのものであったり、平均値の９５％であったりする。この処理により、しきい値Ｉｔｈが逐次更新されることになる。ただし、しきい値Ｉｔｈを頻繁に更新すると、しきい値が限りなく「１」に近づき、Ｉｆ／Ｉｃ＞Ｉｔｈを満足する（Ｓ２１０にてＹＥＳ）場合が少なくなり、繊維径の測定に時間がかかり過ぎることがある。このため、しきい値Ｉｔｈの上限を設けるようにしてもよい。
【００５３】
Ｓ２２６にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎを初期化（Ｎ＝０）する。その後処理はＳ２２８へ移される。
【００５４】
Ｓ２２８にて、ＣＰＵ１０２は、キーボード１０８からオンライン計測処理の終了が入力されたことを検知したか否かを判断する。終了入力を検知すると（Ｓ２２８にてＹＥＳ）、このオンライン計測処理を終了する。一方、終了入力を検知しないと（Ｓ２２８にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出し、繊維径算出処理を行なう。
【００５５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、繊維径測定装置の動作について説明する。
［初期設定動作］
繊維径測定装置の測定部１００のキーボード１０８からオペレータが集束点光強度Ｉｃの測定要求を入力すると、測定部１００がその測定要求入力を検知し（Ｓ１００にてＹＥＳ）、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２から入力された光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測したか否かを判断する。光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測すると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、オペレータが受光センサの位置を調整する。受光センサの位置の調整の結果、光強度Ｉｆ＝光強度Ｉｂとなるような光強度が計測されると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の位置を決定して、決定された受光センサの位置がメモリ１０４に記憶される（Ｓ１０６）。
【００５６】
静止状態における合成繊維の集束点光強度Ｉｃが算出され（Ｓ１０８）、無次元化光強度（Ｉ／Ｉｃ）に対するしきい値Ｉｔｈの初期値を演算する場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、所定の関数に基づいてしきい値Ｉｔｈの初期値が算出される（Ｓ１１２）。一方、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算により求めない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、固定ディスク１０６に記憶された予備実験データ結果テーブルからしきい値Ｉｔｈの初期値を読出す（Ｓ１１４）。
【００５７】
このようにして、オペレータが集束点光強度Ｉｃの測定要求を入力すると、測定ポイント８００に静止された合成繊維からの散乱光の光強度が第１のセンサ１４０および第２のセンサ１４２が最大の光強度を計測するように受光センサの位置が決定される。さらに、静止状態における繊維の集束点光強度Ｉｃが算出され、しきい値Ｉｔｈの初期値が算出される。このようにして初期設定動作が終了しオンライン計測動作が実行できるようになる。
［オンライン計測動作］
オペレータが初期設定動作の後、オンライン計測動作を指示すると、初期設定動作により算出されたしきい値Ｉｔｈが、しきい値Ｉｔｈの初期値に設定され、変数Ｎが初期化（Ｎ＝０）される（Ｓ２００）。第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２からの出力が入出力インターフェイス１１２を介してメモリ１０４のバッファに格納される（Ｓ２０２）。バッファがフル状態になると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、バッファが空状態になるまで（Ｓ２０８にてＮＯ）バッファからデータが読出される（Ｓ２０６）。
【００５８】
第１の受光センサ１４０により測定された光強度Ｉｆを初期設定動作で算出した集束点光強度Ｉｃで除算した光強度比率が、無次元化されたしきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かが判断される（Ｓ２１０）。光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈよりも大きく（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、かつ、第１の受光センサ１４０による光強度の測定値Ｉｆと第２の受光センサ１４２による光強度の測定値Ｉｂとが等しい場合には（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、変数ＮについてＮ＝Ｎ＋１の演算が行なわれる（Ｓ２１４）。
【００５９】
変数Ｎが予め定められた定数Ｍ以下である場合には（Ｓ２１６にてＮＯ）、測定されたＩｆ（Ｎ）がメモリ１０４に格納される（Ｓ２１８）。測定された光強度Ｉｆ（Ｎ）から、光強度から繊維径への換算式に基づいて、繊維径が算出される（Ｓ２２０）。このような繊維径を算出する処理が、終了入力を検知するまで（Ｓ２２８にてＮＯ）、繰返し行なわれる。
【００６０】
一方、変数Ｎが予め定められた定数Ｍを超えた場合には（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、Ｍ個のＩｆ（Ｎ）（Ｎ＝１〜Ｍ）の平均値が算出される（Ｓ２２２）。算出された平均値に基づいて、新たなしきい値Ｉｔｈが算出され（Ｓ２２４）、しきい値Ｉｔｈは、算出された新たなしきい値Ｉｔｈに更新される。変数Ｎが初期化（Ｎ＝０）（Ｓ２２６）され、終了入力が検知されるまでは（Ｓ２２８にてＮＯ）、受光センサが検知した光強度に基づく光強度比率が、更新されたしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合に（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、検知された光強度に基づいて、新たに繊維径が算出される（Ｓ２２０）。
【００６１】
以上のようにして、本実施の形態に係る繊維径測定装置は、測定ポイントに対して、シート状のレーザ光を照射し、照射されたレーザ光により散乱した散乱光を受光センサにより測定し、受光センサが測定した光強度が、予め定められたしきい値以上またはしきい値よりも大きい場合には、受光センサが検知した光強度に基づいて繊維径を算出することができる。また、光強度のしきい値は、オンライン計測処理において逐次更新され、精度高く繊維径を測定することができる。その結果、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る繊維径測定装置の繊維径算出部の制御ブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る繊維径測定装置のレーザ光照射部の構成図である。
【図３】図２の繊維径測定ポイント付近の詳細を示す図である。
【図４】ずれ量と光強度との関係を示す図である。
【図５】光強度と繊維径との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る初期設定処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施の形態に係るオンライン計測処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 測定部、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１０６ 固定ディスク、１０８ キーボード、１１０ 表示モニタ、１１２ 入出力インターフェイス、１１４ Ａ／Ｄ変換器、１２０ センサ部、１３０、１３２ アンプ、１４０、１４２ 受光センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成繊維の繊維径を測定する技術に関し、特に、ポリエステル等の合成繊維の繊維径を紡出中に測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル繊維等の合成繊維の製造工程においては、製造される際の繊維径が重要な管理項目である。繊維径が所定の値より小さくなると、製造工程において糸切れが発生して、その処理のために製造工程の稼働率が低下する。一方、繊維径が所定の値より大きくなると、製造された繊維を用いて織られた布帛にすじが発生する等の品質上の問題が発生する。このような重要な管理項目の１つである合成繊維の繊維径を測定する方法として、特開平１１−２４８４２７号公報に開示されるグラスウールの平均繊維径測定方法がある。
【０００３】
この公報に開示された測定方法は、繊維径が予め明らかなグラスウールに対して、そのグラスウールに透明体を密着させてレーザー光を照射した際の正反射光光強度Ｘおよび散乱光光強度Ｙを測定して、変換係数Ｋと定数Ａとを含む変換式を準備する準備ステップと、測定対象のグラスウールに対して、グラスウールに透明体を密着させてレーザー光を照射して正反射光光強度Ｘおよび散乱光光強度Ｙを測定する測定ステップと、準備ステップにて準備した変換式により平均繊維径ｄを算出する算出ステップとを含み、変換式は、Ｘ／Ｙ＝Ｋ×ｄ＋Ａで表わされる測定方法である。
【０００４】
この公報に開示された測定方法によると、グラスウール上に透明なガラス板を強く圧着すると、ガラス板の表面にその圧着面が構成されたものとみなすことができる。そこにレーザー光を照射すると正反射光と散乱光を生じる。グラスウールの平均繊維径が大きいほど、圧着面は平面状態に近似するため、レーザー光の照射による正反射光が大きく、散乱光が少ない。一方、グラスウールの平均繊維径が小さいほど、同一のレーザー照射領域内に光散乱体が多く存在することになり、より粗面状態になることになり、レーザー光の照射による散乱光が生じやすい。すなわち、平均繊維径と正反射光および散乱光との間の関連性を用いて、グラスウールの平均繊維径を算出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の公報に開示された測定方法では、静止状態にある繊維の繊維径を測定することができても、紡出中のポリエステル繊維をオンラインで測定することができない。オンラインで繊維径を測定することができないため、オンラインで収集された繊維径のデータを分析して、製造工程において発生する糸切れおよび布帛に織られてからの品質上の異常等を未然に防ぐことができない。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る繊維径測定装置は、紡出中の合成繊維の繊維径を測定する繊維径測定装置であって、合成繊維は、静止状態において所定の測定ポイントに設置され、紡出時に測定ポイントからのずれを生じ、繊維径測定装置は、合成繊維に対して、測定ポイントに集光された測定光を照射するための照射手段と、照射手段により照射された合成繊維の散乱光を受光して、受光した散乱光の光強度を検知するための検知手段と、検知手段に接続され、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値以上である場合に、散乱光の光強度に基づいて、合成繊維の繊維径を算出するための算出手段とを含む。
【０００８】
第１の発明によると、照射手段は、紡出中の合成繊維に対して、測定ポイントに集光された測定光を照射する。検知手段は、照射手段により照射された合成繊維の散乱光を受光して、受光した散乱光の光強度を検知する。算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値以上である場合に、散乱光の光強度に基づいて、合成繊維の繊維径を算出する。これにより、測定ポイントから合成繊維がずれて受光した散乱光の光強度がしきい値以上であると、その散乱光の光強度に基づいて合成繊維の繊維径を算出し、測定ポイントから合成繊維が大きくずれた際のしきい値未満の散乱光の光強度に基づく繊維径の算出を行なわない。その結果、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、しきい値は、紡出時における測定ポイントからのずれ量の関数により表わされる値である。
【００１０】
第２の発明によると、しきい値をずれ量の関数で表わすため、測定範囲において許容されるずれ量に基づいて、関数によりしきい値を算出することができ、しきい値を実測する必要がなくなる。
【００１１】
第３の発明に係る繊維径測定装置は、第２の発明の構成に加えて、照射手段は、半導体レーザ光を発生するためのレーザ光発生手段と、レーザ光発生手段からのレーザ光を幅Ａに拡散させる拡散レンズと、拡散レンズにより拡散されたレーザ光を幅Ｂに集光させる集光レンズとを含み、集光レンズと測定ポイントとの距離をＬ、ずれ量をΔＸおよび集光レンズにより集光された光の測定ポイントにおける光強度をＩとして、しきい値は、［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされるものである。
【００１２】
第３の発明によると、レーザ光発生手段が発生した半導体レーザ光は、拡散レンズにより幅Ａに拡散されて、拡散レンズにより拡散されたレーザ光は集光レンズにより幅Ｂに集光される。集光レンズと測定ポイントとの距離をＬ、ずれ量をΔＸおよび集光レンズにより集光された光の測定ポイントにおける光強度をＩとして、しきい値は、［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされる。これにより、しきい値を上述の関数で表わすため、測定範囲において許容されるずれ量ΔＸに基づいて、関数によりしきい値を算出することができ、しきい値を実測する必要がなくなる。
【００１３】
第４の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度と合成繊維の繊維径との間に成立する正の相関関係を用いて、合成繊維の繊維径を算出するための手段を含む。
【００１４】
第４の発明によると、算出手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度と合成繊維の繊維径との間に成立する正の相関関係を用いて、合成繊維の繊維径を算出する。これにより、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００１５】
第５の発明に係る繊維径測定装置は、第１の発明の構成に加えて、検知手段と算出手段とに接続され、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値を上回ると、受光した散乱光の光強度に基づいて、しきい値を逐次更新するための更新手段をさらに含む。
【００１６】
第５の発明によると、更新手段は、検知手段が受光した散乱光の光強度がしきい値を上回ると、受光した散乱光の光強度に基づいて、しきい値を逐次更新する。これにより、測定ポイントにより近い場合の光強度の測定値に基づいて繊維径が算出される。これにより、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインでさらに正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
本実施の形態に係る繊維径測定装置は、予め定められた測定ポイントに集光されたレーザ光を発生する照射部と、照射部によりレーザ光が照射された合成繊維からの散乱光を受光するセンサ部と、センサ部が受光した散乱光の光強度に基づいて繊維径を算出する測定部とを含む。
【００１９】
本実施の形態で測定対象とした合成繊維は、たとえば、ポリエステル繊維である。ポリエステル繊維の原料は透明であり、レーザ光を照射しても散乱光を発生しない。しかしながら、通常ポリエステル繊維を製造する際には、繊維に光沢を発生させるために、酸化チタンの金属粉末が添加されて紡出される。この酸化チタンがレーザ光に対する散乱体となる。このとき、散乱光の光強度は、酸化チタンが均一に添加されているため、体積に比例する。後述するように合成繊維に照射されるシート状のレーザ光の厚みは一定であるため、体積は断面積に比例し、結果的に散乱光の光強度から繊維径を算出することができる。
【００２０】
図１を参照して、測定部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２と、メモリ１０４と、固定ディスク１０６と、キーボード１０８と、表示モニタ１１０と、入出力インターフェイス１１２とを含む。
【００２１】
センサ部１２０は、測定対象の合成繊維を中心として照射部の反対側に設置され、合成繊維からの散乱光を検知する第１の受光センサ１４０と、照射部と同じ側に設置され、合成繊維からの散乱光を検知する第２の受光センサ１４２と、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の出力にそれぞれ接続され、受光センサからの出力信号を増幅する第１のアンプ１３０および第２のアンプ１３２とを含む。第１のアンプ１３０は、第１の受光センサ１４０に、第２のアンプ１３２は、第２の受光センサ１４２に、内蔵される構成であってもよい。また、受光センサおよびアンプは１組であってもよい。
【００２２】
測定部１００の入出力インターフェイス１１２とセンサ部１２０との間には、第１の受光センサ１４０、第２の受光センサ１４２にて検知されて第１のアンプ１３０、第２のアンプ１３２にて増幅された受光した光強度を表わすアナログ信号を、デジタル信号に変換する、１２ビットのＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１１４が接続される。本実施の形態においては、測定対象物である合成繊維の紡出中の横揺れ振動周波数が数Ｈｚであることから、合成繊維からの散乱光の光強度を測定するサンプリング周波数を約１０ｋＨｚに設定した。
【００２３】
ＣＰＵ１０２は、固定ディスク１０６に記憶されたプログラムを実行して、測定部１００の全体を制御して、入出力インターフェイス１１２を介してセンサ部１２０から受信した光強度に基づいて繊維径を算出する。メモリ１０４には、センサ部１２０から受信した光強度、ＣＰＵ１０２が実行するプログラムの中間結果であるしきい値等が記憶される。固定ディスク１０６には、ＣＰＵ１０２が実行するプログラム、繊維径と光強度との相関関係に基づいて算出された光強度から繊維径への換算式等が記憶される。この繊維径測定装置のオペレータにより、キーボード１０８から、初期設定要求が入力されたり、オンライン計測要求が入力されたりする。表示モニタ１１０には、キーボード１０８からオペレータが入力した要求コマンドの確認画面、オンライン計測状況等が表示される。入出力インターフェイス１１２は、測定部１００とＡ／Ｄ変換器１１４とを接続してデータ通信する。なお、測定部１００は、実際にはパーソナルコンピュータ等により実現される。
【００２４】
図２を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置の照射部は、紡出中の合成繊維９００に照射するレーザ光を発生するレーザ光発生器２００と、レーザ光発生器２００にて発生されたレーザ光を拡散する対物レンズ３００と、対物レンズ３００にて拡散されたレーザ光を測定ポイント８００に集光する円筒レンズ４００とを含む。対物レンズ３００および円筒レンズ４００により、厚みが一定の扇型のシート状のレーザ光が測定ポイント８００に照射される。なお、合成繊維９００は、静止状態において所定の測定ポイント８００に設置されるが、紡出中には、数Ｈｚの横揺れ振動周波数で測定ポイント８００からのずれを生じる。
【００２５】
図３を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置の照射部について、さらに詳しく説明する。図３に示すように、第１の受光センサ１４０は、測定ポイント８００から距離Ｒの位置に設置され、第２の受光センサ１４２は、測定ポイント８００を中心として、第１の受光センサ１４０とは点対称である位置に設置される。なお、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２は、円筒レンズ３００の中心線から約３０度傾けて設置されている。
【００２６】
以下の説明では、円筒レンズ３００に入射されるレーザ光の幅は２Ａ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅は２Ｂ、円筒レンズ３００から測定ポイントまでの距離をＬおよび測定ポイント８００からずれ量ΔＸだけずれた位置をポイント８０２とする。
【００２７】
測定ポイント８００におけるレーザ光の集束点光強度をＩｃとすると、ポイント８０２におけるレーザ光の光強度をＩ（ΔＸ）は、近似的に、Ｉ（ΔＸ）＝［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉｃ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされる。これにより、照射部の設計データから、円筒レンズ３００に入射されるレーザ光の幅２Ａ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅２Ｂ、距離Ｌを算出して、繊維径を測定できる許容範囲としてずれ量ΔＸを設定することにより、許容範囲にある場合の光強度のしきい値を算出できる。
【００２８】
本実施例においては、紡出される合成繊維の直径を約１５μｍと想定して、焦点距離３０ｍｍの円筒レンズ３００を用いた。この円筒レンズ３００に入射するレーザ光の幅Ａを１５ｍｍ、測定ポイント８００におけるレーザ光の幅Ｂを２００μｍ、距離Ｌを５０ｍｍとした。実際に、正確に繊維径を算出できる許容範囲であるずれ量ΔＸを１ｍｍに設定して、無次元化されたしきい値Ｉ（ΔＸ）／Ｉｃは、［［（２００×１０−３×５０）／１５｝／１］＝０．６７となる。すなわち、オンライン測定においては、光強度比率Ｉｆ／ＩｃおよびＩｂ／Ｉｃが０．６７より大きい場合に、受光センサが検知した光強度に基づいて繊維径を算出することにより、精度高く繊維径を測定できる。なお、光強度Ｉｆとは、第１の受光センサ１４０が受光した光強度であり、光強度Ｉｂとは、第２の受光センサ１４２が受光した光強度である。
【００２９】
図４を参照して、この計算により算出したしきい値を、予備実験において実際に測定した光強度に基づいて算出する方法について説明する。図４は、数種のずれ量ΔＸに対して、光強度比率Ｉ／Ｉｃ（Ｉｆ／Ｉｃは第１の受光センサ１４０、Ｉｂ／Ｉｃは第２の受光センサ１４２に対応する）を実際に測定したものである。この図からわかるように、たとえば、ずれ量ΔＸが±１ｍｍを超えると、光強度比率０．５（ΔＸが−１ｍｍにおけるＩｆ／Ｉｃの測定値）程度になり、測定できる光強度が大きく落ち込む。このことは、測定対象の合成繊維が測定ポイント８００からずれてしまい、所定のレーザ光が照射されても、十分に散乱光を反射せずに、正確に繊維径を算出することができないことを示す。このように光強度比率が落ち込んだ光強度に基づいて繊維径を算出しても正確な繊維径を算出することができない。
【００３０】
計算によりしきい値を算出する代わりに、上述のように予備実験としてずれ量に対する光強度比率を実際に測定して、ずれ量と光強度比率との関係を図４のように作成して、測定できる光強度が大きく落ち込まない範囲を表わす光強度比率０．７をしきい値として算出することができる。このとき、算出されたしきい値は、固定ディスク１０６の予備実験データ結果テーブルに記憶される。
【００３１】
以下の説明では、計算により算出されたしきい値または図４に基づいて算出されたしきい値は初期値であって、しきい値は、オンライン測定中に逐次更新されるものとして説明する。
【００３２】
固定ディスク１０６に記憶される、散乱光の光強度から繊維径を算出するための換算式について説明する。前述の説明のように、ポリエステル繊維は、原料に均一に添加された酸化チタンの金属粉末等により、レーザ光が照射されると散乱光を発生する。この散乱光の光強度は体積に比例して、シート状のレーザ光の厚みは一定であるため、体積は断面積に比例し、結果的に散乱光の光強度から繊維径を算出することができる。図５に、繊維の断面積および繊維径が明らかであるポリエステル繊維を測定ポイント８００の位置に静止させて、レーザ光を照射して散乱光を実際に測定した結果を示す。繊維の断面積および繊維径と受光した光強度との間には、正の相関関係がある。この正の相関関係に基づいて換算式が算出され、算出された換算式は、固定ディスク１０６に記憶される。
【００３３】
図６を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置で実行されるプログラムは、初期設定処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３４】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＣＰＵ１０２は、キーボード１０８から、測定ポイント８００における集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検出したか否かを判断する。集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２へ移される。一方、集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知しないと（Ｓ１００にてＮＯ）、集束点光強度Ｉｃの測定要求の入力を検知するまで待つ。
【００３５】
Ｓ１０２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０による光強度Ｉｆおよび第２の受光センサ１４２による光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測したか否かを判断する。なお、前述の説明のように、光強度Ｉｆは、受光センサ１４０および第１のアンプ１３０を介して測定部１００に入力され、光強度Ｉｂは第２の受光センサ１４２および第２のアンプ１３２を介して測定部１００に入力される。光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測すると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へ移される。一方、ＩｆおよびＩｂのいずれかが光強度の最大値を計測するまでは（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０２へ戻され、いずれかが光強度の最大値を計測するまで待つ。なお、このＳ１０２における判断は、予め定められた一定時間の間に検知された最大値に基づいて判断される。
【００３６】
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ１０２は、オペレータが受光センサの位置を調整した結果、「第１の受光センサ１４０による光強度Ｉｆ＝第２の受光センサ１４２による光強度Ｉｂ」となるように、光強度が計測されたか否かを判断する。「Ｉｆ＝Ｉｂ」となる光強度を計測すると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へ移される。一方、「Ｉｆ＝Ｉｂ」となるように光強度が計測されないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０４に戻され、オペレータが受光センサの位置を調整して、「Ｉｆ＝Ｉｂ」となるまで、光強度が計測される。
【００３７】
Ｓ１０６にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の位置を決定して、メモリ１０４にその位置を表わす情報を記憶する。メモリ１０４に記憶された受光センサの位置を表わす情報は、次回の初期設定処理の際に読み出されて、表示モニタ１１０に表示され、その表示に基づいてオペレータが受光センサの位置を調整するようにしてもよい。
【００３８】
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ１０２は、静止状態における合成繊維の集束点光度Ｉｃを算出する。このとき、集束点光度Ｉｃは、ＩｆおよびＩｂと等しくなる。
【００３９】
Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１０２は、無次元化光強度（Ｉ／Ｉｃ）に対するしきい値Ｉｔｈの初期値を演算するか否かを判断する。しきい値Ｉｔｈの初期値を演算する場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２へ移される。一方、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算しない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４へ移される。
【００４０】
Ｓ１１２にて、ＣＰＵ１０２は、予め固定ディスク１０６に記憶されたデータに基づいて、［｛（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］からしきい値Ｉｔｈの初期値を算出する。算出されたＩｔｈの初期値は、固定ディスク１０６の所定の位置に記憶される。
【００４１】
Ｓ１１４にて、ＣＰＵ１０２は、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算により求めない場合、固定ディスク１０６の予備実験結果テーブルからしきい値Ｉｔｈの初期値を読出す。
【００４２】
図７を参照して、本実施の形態に係る繊維径測定装置で実行されるプログラムは、オンライン計測処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００４３】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０２は、無次元化しきい値Ｉｔｈを、前述のＳ１１２またはＳ１１４にて算出したＩｔｈ初期値に設定する。また、変数Ｎを初期化（Ｎ＝０）する。
【００４４】
Ｓ２０２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２からの出力をバッファに格納する。
【００４５】
Ｓ２０４にて、ＣＰＵ１０２は、バッファがフル状態であるか否かを判断する。バッファがフル状態になると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６へ移される。一方、バッファがフル状態になるまでは（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０２へ戻され、受光センサからの出力をバッファに格納する。
【００４６】
Ｓ２０６にて、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２０２にて格納したバッファからデータを読出す。Ｓ２０８にて、ＣＰＵ１０２は、バッファが空状態であるか否かを判断する。バッファが空状態とは、バッファからＣＰＵ１０２がデータを読出すことによりバッファが空き状態になったことを示す。バッファが空き状態である場合には（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２へ戻され次のデータをバッファに格納していく。一方、バッファが空き状態でない場合には（Ｓ２０８にてＮＯ）、処理はＳ２１０へ移される。
【００４７】
Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１０２は、バッファから読出した第１の受光センサ１４０が測定した光強度Ｉｆを集束点光強度Ｉｃで除算した光強度比率Ｉｆ／Ｉｃが、しきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判断する。光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２へ移される。一方、光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈ以下である場合には（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出す。
【００４８】
Ｓ２１２にて、ＣＰＵ１０２は、第１の受光センサ１４０が測定した光強度Ｉｆと第２の受光センサ１４２が測定した光強度Ｉｂとが等しいか否かを判断する。「Ｉｆ＝Ｉｂ」である場合には（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、処理はＳ２１４へ移される。一方、「Ｉｆ＝Ｉｂ」でない場合には（Ｓ２１２にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出す。
【００４９】
Ｓ２１４にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎについて、Ｎ＝Ｎ＋１の演算を行なう。Ｓ２１６にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎが、予め定められた定数Ｍより大きいか否かを判断する。変数Ｎが定数Ｍより大きい場合には（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、処理はＳ２２２へ移される。一方、変数Ｎが定数Ｍ以下である場合には（Ｓ２１６にてＮＯ）、処理はＳ２１８へ移される。なお、定数Ｍは、たとえば「１０」に設定され、メモリ１０４に記憶されている。
【００５０】
Ｓ２１８にて、ＣＰＵ１０２は、Ｉｆ（Ｎ）をメモリ１０４に格納する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１０２は、光強度から繊維径への換算式に基づいて、Ｉｆ（Ｎ）から繊維径を算出する。算出された繊維径は、表示モニタ１１０などに表示される。光強度から繊維径への換算式は、固定ディスク１０６に記憶され、メモリ１０４に読み出されている。
【００５１】
Ｓ２２２にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎが定数Ｍより大きい場合には、Ｍ個のＩｆ（Ｎ）（Ｎ＝１〜Ｍ）の平均値を算出する。
【００５２】
Ｓ２２４にて、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２２２にて算出した平均値に基づいて、新たなしきい値Ｉｔｈを算出する。このとき算出されるしきい値Ｉｔｈは、Ｓ２２２にて算出した平均値そのものであったり、平均値の９５％であったりする。この処理により、しきい値Ｉｔｈが逐次更新されることになる。ただし、しきい値Ｉｔｈを頻繁に更新すると、しきい値が限りなく「１」に近づき、Ｉｆ／Ｉｃ＞Ｉｔｈを満足する（Ｓ２１０にてＹＥＳ）場合が少なくなり、繊維径の測定に時間がかかり過ぎることがある。このため、しきい値Ｉｔｈの上限を設けるようにしてもよい。
【００５３】
Ｓ２２６にて、ＣＰＵ１０２は、変数Ｎを初期化（Ｎ＝０）する。その後処理はＳ２２８へ移される。
【００５４】
Ｓ２２８にて、ＣＰＵ１０２は、キーボード１０８からオンライン計測処理の終了が入力されたことを検知したか否かを判断する。終了入力を検知すると（Ｓ２２８にてＹＥＳ）、このオンライン計測処理を終了する。一方、終了入力を検知しないと（Ｓ２２８にてＮＯ）、処理はＳ２０６へ戻され、バッファから次のデータを読出し、繊維径算出処理を行なう。
【００５５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、繊維径測定装置の動作について説明する。
［初期設定動作］
繊維径測定装置の測定部１００のキーボード１０８からオペレータが集束点光強度Ｉｃの測定要求を入力すると、測定部１００がその測定要求入力を検知し（Ｓ１００にてＹＥＳ）、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２から入力された光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測したか否かを判断する。光強度Ｉｆおよび光強度Ｉｂのいずれかが光強度の最大値を計測すると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、オペレータが受光センサの位置を調整する。受光センサの位置の調整の結果、光強度Ｉｆ＝光強度Ｉｂとなるような光強度が計測されると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２の位置を決定して、決定された受光センサの位置がメモリ１０４に記憶される（Ｓ１０６）。
【００５６】
静止状態における合成繊維の集束点光強度Ｉｃが算出され（Ｓ１０８）、無次元化光強度（Ｉ／Ｉｃ）に対するしきい値Ｉｔｈの初期値を演算する場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、所定の関数に基づいてしきい値Ｉｔｈの初期値が算出される（Ｓ１１２）。一方、しきい値Ｉｔｈの初期値を演算により求めない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、固定ディスク１０６に記憶された予備実験データ結果テーブルからしきい値Ｉｔｈの初期値を読出す（Ｓ１１４）。
【００５７】
このようにして、オペレータが集束点光強度Ｉｃの測定要求を入力すると、測定ポイント８００に静止された合成繊維からの散乱光の光強度が第１のセンサ１４０および第２のセンサ１４２が最大の光強度を計測するように受光センサの位置が決定される。さらに、静止状態における繊維の集束点光強度Ｉｃが算出され、しきい値Ｉｔｈの初期値が算出される。このようにして初期設定動作が終了しオンライン計測動作が実行できるようになる。
［オンライン計測動作］
オペレータが初期設定動作の後、オンライン計測動作を指示すると、初期設定動作により算出されたしきい値Ｉｔｈが、しきい値Ｉｔｈの初期値に設定され、変数Ｎが初期化（Ｎ＝０）される（Ｓ２００）。第１の受光センサ１４０および第２の受光センサ１４２からの出力が入出力インターフェイス１１２を介してメモリ１０４のバッファに格納される（Ｓ２０２）。バッファがフル状態になると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、バッファが空状態になるまで（Ｓ２０８にてＮＯ）バッファからデータが読出される（Ｓ２０６）。
【００５８】
第１の受光センサ１４０により測定された光強度Ｉｆを初期設定動作で算出した集束点光強度Ｉｃで除算した光強度比率が、無次元化されたしきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かが判断される（Ｓ２１０）。光強度比率Ｉｆ／Ｉｃがしきい値Ｉｔｈよりも大きく（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、かつ、第１の受光センサ１４０による光強度の測定値Ｉｆと第２の受光センサ１４２による光強度の測定値Ｉｂとが等しい場合には（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、変数ＮについてＮ＝Ｎ＋１の演算が行なわれる（Ｓ２１４）。
【００５９】
変数Ｎが予め定められた定数Ｍ以下である場合には（Ｓ２１６にてＮＯ）、測定されたＩｆ（Ｎ）がメモリ１０４に格納される（Ｓ２１８）。測定された光強度Ｉｆ（Ｎ）から、光強度から繊維径への換算式に基づいて、繊維径が算出される（Ｓ２２０）。このような繊維径を算出する処理が、終了入力を検知するまで（Ｓ２２８にてＮＯ）、繰返し行なわれる。
【００６０】
一方、変数Ｎが予め定められた定数Ｍを超えた場合には（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、Ｍ個のＩｆ（Ｎ）（Ｎ＝１〜Ｍ）の平均値が算出される（Ｓ２２２）。算出された平均値に基づいて、新たなしきい値Ｉｔｈが算出され（Ｓ２２４）、しきい値Ｉｔｈは、算出された新たなしきい値Ｉｔｈに更新される。変数Ｎが初期化（Ｎ＝０）（Ｓ２２６）され、終了入力が検知されるまでは（Ｓ２２８にてＮＯ）、受光センサが検知した光強度に基づく光強度比率が、更新されたしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合に（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、検知された光強度に基づいて、新たに繊維径が算出される（Ｓ２２０）。
【００６１】
以上のようにして、本実施の形態に係る繊維径測定装置は、測定ポイントに対して、シート状のレーザ光を照射し、照射されたレーザ光により散乱した散乱光を受光センサにより測定し、受光センサが測定した光強度が、予め定められたしきい値以上またはしきい値よりも大きい場合には、受光センサが検知した光強度に基づいて繊維径を算出することができる。また、光強度のしきい値は、オンライン計測処理において逐次更新され、精度高く繊維径を測定することができる。その結果、紡出中の合成繊維の繊維径をオンラインで正確に測定することができる繊維径測定装置を提供することができる。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る繊維径測定装置の繊維径算出部の制御ブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る繊維径測定装置のレーザ光照射部の構成図である。
【図３】図２の繊維径測定ポイント付近の詳細を示す図である。
【図４】ずれ量と光強度との関係を示す図である。
【図５】光強度と繊維径との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る初期設定処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施の形態に係るオンライン計測処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 測定部、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１０６ 固定ディスク、１０８ キーボード、１１０ 表示モニタ、１１２ 入出力インターフェイス、１１４ Ａ／Ｄ変換器、１２０ センサ部、１３０、１３２ アンプ、１４０、１４２ 受光センサ。
Claims (5)
- 紡出中の合成繊維の繊維径を測定する繊維径測定装置であって、前記合成繊維は、静止状態において所定の測定ポイントに設置され、紡出時に前記測定ポイントからのずれを生じ、前記繊維径測定装置は、
前記合成繊維に対して、前記測定ポイントに集光された測定光を照射するための照射手段と、
前記照射手段により照射された前記合成繊維の散乱光を受光して、受光した前記散乱光の光強度を検知するための検知手段と、
前記検知手段に接続され、前記検知手段が受光した前記散乱光の光強度がしきい値以上である場合に、前記散乱光の光強度に基づいて、前記合成繊維の繊維径を算出するための算出手段とを含む、繊維径測定装置。 - 前記しきい値は、紡出時における前記測定ポイントからのずれ量の関数により表わされる値である、請求項１に記載の繊維径測定装置。
- 前記照射手段は、半導体レーザ光を発生するためのレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を幅Ａに拡散させる拡散レンズと、前記拡散レンズにより拡散されたレーザ光を幅Ｂに集光させる集光レンズとを含み、前記集光レンズと前記測定ポイントとの距離をＬ、前記ずれ量をΔＸおよび前記集光レンズにより集光された光の前記測定ポイントにおける光強度をＩとして、前記しきい値は、［［（Ｂ×Ｌ）／Ａ｝／ΔＸ］×Ｉ（ただし、ΔＸ≠０）により表わされる、請求項２に記載の繊維径測定装置。
- 前記算出手段は、前記検知手段が受光した散乱光の光強度と前記合成繊維の繊維径との間に成立する正の相関関係を用いて、前記合成繊維の繊維径を算出するための手段を含む、請求項１に記載の繊維径測定装置。
- 前記繊維径測定装置は、前記検知手段と前記算出手段とに接続され、前記検知手段が受光した散乱光の光強度が前記しきい値を上回ると、受光した散乱光の光強度に基づいて、前記しきい値を逐次更新するための更新手段をさらに含む、請求項１に記載の繊維径測定装置。
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