JP3671672B2

JP3671672B2 - 糸条の欠点検出方法及び装置

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Publication number: JP3671672B2
Application number: JP12325898A
Authority: JP
Inventors: 英春田中; 肇平田; 潤鳥飼
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH11316196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糸条の欠点検出方法および装置に関し、さらに詳しくは、異形（非円形）断面糸であっても容易に欠点検出をすることができる糸条の欠点検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
糸条の生産工程で起こる糸条の欠点は、生産工程中の張力変動や熱処理温度変動などによって、糸条の内部構造、特に分子配向度の差違を生じることにより発生する。このような糸条の欠点の検出は、分子配向度の差違は染色工程において染着差となって顕在化するため、糸条を染着して標準状態との染着差を測定するようにすれば可能である。
【０００３】
従来、このように糸条を染色し、標準状態との染着度差を調べて欠点を検出する方法としては、図２に示すような方法がある。この方法は、図２に示すように、糸条Ｙを走行させながら染色装置１で染色すると共に、仮撚装置２により仮撚を付与する。このように染色かつ仮撚が付与された走行糸条Ｙに、光源５から法線方向に対して４５°の角度で光Ｌを照射し、その照射光Ｌの走行糸条Ｙから法線方向への反射光Ｒを受光手段４で受光する。受光手段４は、赤外フィルタによって帯域制限される特定波長の光量Ｒ１に対する可視光量Ｒ２の割合Ｙ１を演算することにより染着度を得て、その染着度から欠点を検出するようにしたものである。
【０００４】
しかし、この検出方法では、円形断面を有する通常糸の場合は問題ないが、三角断面や五角断面を有する異形（非円形）断面糸の測定に使用すると、測定値が大きく変動し、染着度の正確な評価ができないという問題があった。
【０００５】
一般に物体の表面色を測定する場合、ＪＩＳＺ８７２２に準拠し、図２の従来例のように、照射角が対象物の法線に対して４５°になるように、また受光角が対象物の法線方面に一致するように設定する。このとき対象物が完全な平面であれば、図３に示すような、糸条の光沢となる正反射光成分と染料を示す拡散反射光成分が分離した表面反射の強度分布が得られるので、正反射光成分を除去して拡散反射光成分のみを受光することによって、正確な物体の表面色を測定できる。
【０００６】
通常の円形断面糸からなる糸条Ｙでは、図４に示すように、直径数ミクロン〜数十ミクロンの円柱体状のモノフィラメントｆが複数本集合し、加撚されることにより立体的な表面形状になっている。糸条Ｙの表面形状が無数の微小平面の集合と仮定すると、照射光は糸条を構成する各々の微小平面の幾何学条件によって決定される方向に反射・拡散する。
【０００７】
たとえば、糸条Ｙの法線に対して４５°から光を照射すると、一部の微小平面（反射面II）の正反射光（正反射光II）が、図４に示すように、その平面に２２．５°の傾きを有する他の微小平面（反射面Ｉ）の法線方向（法線Ｎ）と一致して、糸条に光沢が現れる。すなわち、糸条の見掛けの法線方向に特定の幾何学条件を満足する各微小部分からの正反射光成分が合成され、表面反射の強い部分となるのである。
【０００８】
この正反射成分の合成が微小であれば問題はないが、異形（非円形）断面糸の場合には、糸条を構成するモノフィラメントの断面形状が三角断面や五角断面等の多角形であるので、その断面の辺となる糸条の平面部によって、正反射平面と法線方向とが一致する割合が高くなる。
【０００９】
実際に、ＪＩＳＺ８７２２に準拠して、糸条の見かけの法線に対して４５°の角度から光を照射しながら、通常糸と異形断面糸との表面をそれぞれ法線方向から顕微鏡観察すると、糸条表面の大部分では染料色が見えるが、特定の一部表面は光沢によって染料色が観察できなくなる。また、顕微鏡の代わりに、視感度特性を有するＣＣＤカメラで糸条の表面画像を撮影し、その画像を各画素の明度別ヒストグラムで表す画像処理を施した場合も、表１に示すように、円形断面糸よりも異形断面糸のほうが３倍も正反射光成分（光沢）が多くなっている。
【００１０】
【表１】

【００１１】
これは、ある特定の幾何学条件の下で正反射平面と法線方向が一致する割合が非常に低い円形断面糸では、照射光が被測定糸条の内部に散乱して、染料特有の波長成分が吸収された割合が非常に高くなるのに対して、正反射平面と法線方向が一致する割合の高い異形断面糸では、照射光が吸収を受けることなく表面反射した割合が高くなるためである。
【００１２】
また、正反射光成分は光源の光をそのまま表面反射しているので、一般に物体内部で吸収拡散を受けた拡散成分よりも光量が多く、またこれらの測定値は、反射方向が微小平面のわずかな角度変化で大幅に変動して変化する。
従って、染料特有の波長成分が吸収された割合の非常に高い円形断面糸では、これらの値を染着度と判断することができるのであるが、表面反射する割合の高い異形断面糸では、これらの値によって染着度を測定することができず、図２に示すような従来方法では、異形断面糸の正確な染着度を測定することができないのである。
【００１３】
そのため異形断面糸については、欠点検出の自動化ができず、そのため測定対象糸と標準糸とを、それぞれ長さ５０〜１００ｍｍ程度の筒状の編織物に加工してからバッチ染色し、両編織物の染着差によって測定対象糸の欠点を目視検出する必要があった。しかし、この方法では、編織地の不均一性、測定条件、測定者の熟練度等によって欠点の検出精度が異なるため信頼性に乏しく、しかも定量的な結果が得られないので、検出結果から欠点発生原因を突き止めることは困難であり、生産工程の異常に迅速に対応することができない。
【００１４】
【発明が解決しようする課題】
本発明の目的は、円形断面の通常糸の場合はもちろんのこと、異形断面糸の場合であっても、糸条の欠点を染着度によって自動検出することができる糸条の欠点検出方法および装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による糸条の欠点検出方法は、染着した糸条を走行させながら仮撚りを与え、該仮撚りを付与した走行糸条に可視光と赤外光とを含む光を照射し、その照射光のうち前記走行糸条を透過して拡散した透過拡散光に含まれる可視光成分と赤外光成分とを前記照射光の光軸から、前記走行糸条からみて前記照射光の光源とは反対側において１０°〜９０°の範囲でずれた位置で受光して染着度を測定することにより糸条の欠点を検出することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明による糸条の欠点検出装置は、染着した糸条を走行させながら該糸条に仮撚りを与える仮撚手段と、該走行糸条に可視光と赤外光とを含む光を照射する光照射手段と、該光照射手段の照射光のうち前記走行糸条を透過した透過拡散光を前記照射光の光軸から、前記走行糸条からみて前記光照射手段とは反対側において１０°〜９０°の範囲でずれた位置において受光する受光手段と、該透過拡散光に含まれる可視光成分と赤外光成分とをそれぞれ別々に光電変換する光電変換手段と、該光電変換手段から得た染着度信号に基づき欠点を判定する欠点判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、染着し、かつ仮撚を付与した走行糸条に対して可視光と赤外光とを含む光を照射し、その走行糸条内部からの透過光を受光するようにしたので、走行糸表面から測定誤差の原因となる正反射光の受光を除去し、その透過光内の可視光成分と赤外光成分を正確で安定した染着度として検出することができる。したがって、円形断面の通常糸の場合はもちろんのこと、異形断面糸の場合であっても、糸条の欠点を自動検出することができる。
【００１８】
また、この欠点検出方法又は装置を糸条の生産工程の管理に使用することにより、生産工程を合理化し、収率向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の糸条の欠点検出装置の一例を示す概略図である。
検査対象の糸条ＹはチーズＢ（またはパーン）に巻き上げられた状態で糸条の生産工程からサンプリングされ、図１のように設置される。糸条ＹはチーズＢから連続的に解舒されながら染色装置１で染色され、かつ引取ローラ３により引き取られながら仮撚装置２により仮撚を付与される。仮撚装置２により付与する仮撚数は特に限定されるものではないが、好ましくは１００〜５０００回／ｍの範囲がよい。
【００２０】
このように染色され、かつ仮撚が付与された走行糸条Ｙに対し、光源５から光Ｌが照射され、その走行糸条Ｙを透過して拡散した透過拡散光Ｒが受光手段４に受光される。光源５は、可視光と赤外光とを含む光Ｌを発光するものであれば特に限定されない。例えば、白熱電球、ハロゲンランプ、キセノンランプなどが好ましく使用される。光源５はスリット１６を備えた黒色の光学ボックス（図示せず）内に設置され、スリット１６を通して光Ｌのみが走行糸条Ｙを照射する。照射された光Ｌのうち、走行糸条Ｙを透過した透過拡散光Ｒは受光手段４に受光される。
【００２１】
ここで照射光Ｌと透過拡散光Ｒとは、走行糸条Ｙを挟んで互いに反対側に存在する関係にあり、かつ好ましくは、これら走行糸条Ｙ、照射光Ｌ、透過拡散光Ｒが同一面内に存在する。したがって、図１のように、走行糸条Ｙの法線方向から透過拡散光Ｒを受光する場合は、照射光Ｌは走行糸条Ｒの法線方向に対して９０〜２７０度の範囲の方向から照射し、また走行糸条Ｙの法線方向から照射光Ｌを照射する場合は、走行糸条Ｙの法線方向に対して９０〜２７０度の方向から透過拡散光Ｒを受光する。
【００２２】
さらに好ましくは、受光手段４はとしては、透過拡散光Ｒを照射光Ｌの光軸からずれた位置で受光するようになっていることが好ましく、さらに好ましくは、走行糸条Ｙを挟んだ光源５とは反対側において、透過拡散光Ｒを照射光Ｌの光軸から１０°〜９０°の範囲ずれた位置で受光するようになっているのがよい。
【００２３】
受光手段４は、糸条Ｙからの透過拡散光Ｒを通すためのスリット６を設けた黒色の光学ボックスの中に構成されている。その光学ボックスの中には、透過拡散光Ｒを集光するレンズ７と、その集光された透過拡散光Ｒを赤外光成分Ｒ１と可視光成分Ｒ２とに分割するハーフミラー８と、このハーフミラー８で反射して可視透過フィルタ１０を通った可視光成分Ｒ２を感知する光センサ１２と、ハーフミラー８を透過して赤外透過フィルタ９を通った赤外光成分Ｒ１を感知する光センサ１１とが設置されている。
【００２４】
また、光電変換手段は、光センサ１１、１２と電流電圧変換回路１３、１４と割算回路１５とから構成されている。光センサ１１、１２は赤外光成分Ｒ１と可視光成分Ｒ２をそれぞれの光量に対応する電流に変換し、その各電流は電流電圧変換回路１３、１４で電圧Ｅ１，Ｅ２に変換され、さらに電圧Ｅ１，Ｅ２は割算回路１５によって除算処理され、その信号比Ｙ１を出力する。
【００２５】
本発明において、正反射光成分（光沢）をできるだけ少なく受光するために、走行糸条Ｙと光源５からの照射光Ｌの照射方向と透過拡散光Ｒの受光方向との位置関係は同一入射面内にあることが好ましい。
受光手段４におけるハーフミラー８としては、微弱光の有効利用のために、入射光の赤外光成分Ｒ１の全てを透過し、可視光成分Ｒ２の全てを反射するダイクロイックミラーを使用することが好ましい。
【００２６】
光センサ１１、１２としては、焦電素子やサーモパイル、光電管、そしてＰｂＳやＰｂＳｅなどからなる感光素子などを用いることができるが、特に可視光から赤外光の波長範囲で微弱光を精度良く検出するために、ホトダイオードの素子が好ましい。その中でも、シリコンホトダイオードやゲルマニウムホトダイオード、ガリウム砒素ホトダイオードなどを使用できるが、必要な波長感度と入手し易さからシリコンホトダイオードがより好ましい。さらには、周囲温度変化の影響と熱励起ノイズを小さくできる電子冷却素子が同一パッケージに組み込まれているものが好ましい。
【００２７】
光電変換手段は、２つの光センサ１１、１２によって出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路１３、１４と、その電圧信号を除算して正規化処理を行う割算回路１５とで構成されている。電流電圧変換回路１３、１４は、受光量に対する電圧信号の直線性を良くするために、演算増幅器と電流電圧変換素子とで構成され、反転増幅器となる。この演算増幅器としては、高精度化のためには入力バイアス電流の少ないＦＥＴ入力型が好ましい。また、入力端子の周囲にガード電極を付加し、不要なリーク電流の混入を防止する配線が好ましい。
【００２８】
一方、電流電圧変換素子は、低温度係数で低ノイズ性の金属皮膜型高抵抗素子が望ましく、また、周囲にシールドを施して誘導ノイズを低減することが望ましい。割算回路１５としては、市販のアナログ除算ＩＣを使用しても良いが、受光量の少ない細い糸でも精度良く除算するためにはＡ／Ｄ変換器とパソコンで除算する方が好ましい。
【００２９】
上述した糸条の欠点検出装置による検出操作は、先ずチーズＢ（又はパーン）から引き出される糸条Ｙを、染色装置１で染色する。染色した糸条の形態は捲縮や収縮によって不均一になっているので、そのまま光Ｌを照射して欠点を検出しようとしても、正確な結果が得られない。そのため染色した糸条Ｙに仮撚装置２で撚りを与え、不均一な径を揃えるとともに撚り角を揃えて安定した測定を行えるようにする。このときの糸条は、適正な張力で引っ張られた状態で水平または垂直に走行するようにする。そしてその走行糸条に対して、可視光と赤外光とを含む光Ｌをスリット１６を通して斜め方向から照射する。
【００３０】
照射光Ｌを受けた走行糸条Ｙは、可視光成分と赤外光成分を含む透過拡散光Ｒを生じ、その透過拡散光Ｒがスリット６を通って受光手段４に入る。透過拡散光Ｒは、レンズ７で集光された後、ハーフミラー８において、糸条形態のみで透過光量が決定される赤外光成分Ｒ１と、染料色によって選択吸収される可視光成分Ｒ２とに分割される。
【００３１】
二つに分割された赤外光成分Ｒ１と可視光成分Ｒ２は、それぞれ赤外フィルタ９と可視フィルタ１０とを通過して光センサ１１、１２に感知され、それぞれの光量に対応する電流となって出力される。
出力された電流は、電流電圧変換回路１３、１４で増幅されて電圧Ｅ１，Ｅ２に変換され、割算回路１５で、可視光成分と赤外光成分の電圧信号比Ｅ２／Ｅ１に演算される。このようにそれぞれの電圧信号Ｅ１，Ｅ２を割算回路１５に入力して可視光成分と赤外光成分との光量比を得るほかに、可視光成分と赤外光成分の各々の電圧信号をＡ／Ｄ変換し、パソコンで可視光成分と赤外光成分の比を演算するようにすることもできる。これらで得られる演算結果を平方根演算すると、明度指数Ｌ値との相関を一致させ易くなって、測色計との目盛対応が取りやすく校正しやすくなるので好ましい。
【００３２】
この演算結果は、欠点判定器１６において、標準状態で生産された正常糸の平均Ｌ値および分散値を上下限値として予め入力しておき、この設定値と比較して各々の上下限値を超えた部分があると、それを欠点として自動的に欠点信号を出力する。このとき出力信号波形の特徴を抽出し、過去の欠点信号との比較参照から不良工程を特定する。
【００３３】
なお、設定値としては、例えば白糸１５０デシＴｅｘ（約１５０デニール）を走行させ、その可視光成分と赤外光成分を計測して、初期設定するようにする。また、糸条がない状態で光源５を点灯し、そのときの可視光成分と赤外光成分を計測することも好ましい。糸条がない場合は、可視光成分、赤外光成分共に受光量がゼロであることが望ましい。しかし、多少の誤差は、信号処理回路でゼロに調整してもよい。
【００３４】
上記のような構成において、例えば異形断面糸（５０デシＴｅｘ、３６フィラメント）を６０ｍ／分で走行させ、糸条張力を０．１Ｎとして、５００回／ｍの仮撚を与えながら、測定時間の前半ｔ１においては濃染に、測定時間の後半ｔ２においては淡染にして欠点検出操作を行うと、図６に示すような、正規化処理した出力信号Ｙ１の波形を得ることができる。
【００３５】
また、上述した糸条の欠点検出方法および装置を用いて、糸条の製造工程を管理しながら製造を行うと、異形断面糸の場合であっても製造工程において糸条の欠点を自動的に検出することができるので、製品出荷工程における検査の省力化を実現することができる。また、不良糸の発生時に、出力波形の特徴からその原因となる工程を発見し、迅速に修正することができるので、不良糸条の製造を最小限にとどめて収率を向上することができる。
【００３６】
【実施例】
実施例
図１に示す装置において、各部の手段を次のように設定して糸条の欠点検出を行った。
光源５として、照射面が直径１０ｍｍで照度６万ＬＵＸの円形のレンズ付タングステンランプを使用した。受光角度θ₂を走行糸条Ｙに対して法線Ｎ方向とし、照射角度θ₁を法線Ｎに対して１３５度に設定した。スリット１６とスリット６の大きさは、前者は幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍ、後者は幅２ｍｍ、長さ１５ｍｍとした。
【００３７】
ハーフミラー８には、７００ｎｍ以上の長波長成分を殆ど透過し、７００ｎｍ以下の短波長成分を反射するダイクロイックミラーを使用した。そして可視透過フィルタ１０は視感度特性と同じ波長特性を有するものを、赤外透過フィルタ９は、波長が７５０〜１１００ｎｍの範囲にある成分を透過し、かつ、９５０ｎｍ付近にそのピークを有するものを用いた。
【００３８】
光センサ１１、１２には、波長感度２００〜１１００ｎｍの６ｍｍ角の受光面を有するシリコンホトセンサを用いた。このシリコンホトセンサには、ペルチェ素子とサーミスタとが内蔵されており、これらと外部の温度制御回路とで、受光面を０℃±０．１に温度制御した。
【００３９】
このシリコンホトセンサー１１、１２の後ろに、ＦＥＴ入力型演算増幅器と、可視光成分用の１００ＭΩの金属被膜高抵抗器と、赤外光成分用の１０ＭΩの金属被膜高抵抗器を配置し、周囲をアルミケースで囲いシールドした。こうすることにより、各々必要な波長成分を含む微弱な可視光成分と赤外光成分を安定して光電変換できるようにした。
【００４０】
光電変換手段としては、可視光成分の出力電圧信号Ｅ１と赤外光成分の出力電圧信号Ｅ２を、それぞれ１０回／秒の割合で１４ビットＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、基準となる糸の出力電圧がＬ値１００％付近になるように、パソコンで除算と平方根演算を行って正規化処理した。
【００４１】
なお、比較の基準糸としては、白糸１５０デシＴｅｘ（約１５０デニール）を用いた。この白糸を走行させて、その透過拡散光の可視光成分と赤外光成分を計測した。その結果、可視光成分は５ボルト、赤外光成分も５ボルトであった。また、糸条が無い状態で光源６を点灯した時の受光量は、可視光成分が白糸１５０デシＴｅｘの１．４％、また、赤外光成分が白糸１５０デシＴｅｘの１．９％であった。
【００４２】
上記設定値の初期設定を行った後、５０デシＴｅｘ、３６フィラメントの異形断面糸を６０ｍ／分で走行させ、糸条張力を０．１Ｎとし、５００回／ｍの仮撚を与えながら、測定時間の前半（ｔ１）において濃染に、測定時間の後半（ｔ２）においては淡染にして、欠点検出操作を行った。図６は、そのときの正規化処理した出力信号Ｙ１の波形を示す。
【００４３】
図６の結果から、本発明の欠点検出方法では、出力Ｙ１の変動が少なくて再現性がよく、濃染と淡染の差が明確であることがわかる。この結果、異形断面糸であっても糸条の欠点の自動検出が可能であることがわかる。
【００４４】
比較例
図２に示す従来の装置を用いて、走行糸条Ｙに対して光源５と受光手段４とを同一側に配置し、その照射角度θ₁を法線方向に対して４５度、受光角度をθ₂を０度（法線方向）とした以外は、実施例と同様の条件で糸条の欠点検出を行った。その結果は、図７の通りであった。
【００４５】
図７から、出力Ｙ１の変動が大きく、濃染と淡染の差はみられるものの、再現性に劣り、不正確であるといえる。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、染着すると共に仮撚を付与した走行糸条に対し可視光と赤外光とを含む光を照射し、その走行糸条内部からの透過光を受光するので、走行糸表面から測定誤差の原因となる正反射光の受光を除去し、その透過光内の可視光成分と赤外光成分を正確で安定した染着度として検出するため、円形断面の通常糸の場合はもちろんのこと、異形断面糸の場合であっても、糸条の欠点を自動検出することができる。
【００４７】
また、この欠点検出方法又は装置を糸条の生産工程の管理に使用することにより、生産工程を合理化し収率向上をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による糸条の欠点検出装置の一例を示す概略図である。
【図２】従来の糸条の欠点検出装置の一例を示す概略図である。
【図３】平面の反射光分布を説明する模式図である。
【図４】立体的な糸条の表面形状を説明する模式図である。
【図５】異形断面糸における光沢強度分布を示す模式図である。
【図６】本発明の糸条の欠点検出装置による測定データーの一例を示すグラフである。
【図７】従来の糸条の欠点装置による測定データの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１染色装置２仮撚装置
４受光手段５光源
６、１６スリット７集光レンズ
８ハーフミラー９赤外フィルタ
１０可視フィルタ１１、１２光センサ
１３、１４電流電圧変換回路
１５割算回路１６欠点判定器
Ｙ糸条Ｂチーズ

Claims

染着した糸条を走行させながら仮撚りを与え、該仮撚りを付与した走行糸条に可視光と赤外光とを含む光を照射し、その照射光のうち前記走行糸条を透過して拡散した透過拡散光に含まれる可視光成分と赤外光成分とを前記照射光の光軸から、前記走行糸条からみて前記照射光の光源とは反対側において１０°〜９０°の範囲でずれた位置で受光して染着度を測定することにより糸条の欠点を検出する糸条の欠点検出方法。
前記可視光成分と赤外光成分との信号比を演算し、該信号比を標準状態の規定値と比較する請求項１に記載の糸条の欠点検出方法。
染着した糸条を走行させながら該糸条に仮撚りを与える仮撚手段と、該走行糸条に可視光と赤外光とを含む光を照射する光照射手段と、該光照射手段の照射光のうち前記走行糸条を透過した透過拡散光を前記照射光の光軸から、前記走行糸条からみて前記光照射手段とは反対側において１０°〜９０°の範囲でずれた位置において受光する受光手段と、該透過拡散光に含まれる可視光成分と赤外光成分とをそれぞれ別々に光電変換する光電変換手段と、該光電変換手段から得た染着度信号に基づき欠点を判定する欠点判定手段を備えた糸条の欠点検出装置。
前記光電変換手段から得られる可視光成分信号と赤外光成分信号との信号比を演算する演算手段と、該演算手段から得られる染着度信号を標準状態の設定値と比較して欠点を判別する判別手段を設けた請求項３に記載の糸条の欠点検出装置。
前記走行糸条を染色する染着手段を設けた請求項３〜４のいずれかに記載の糸条の欠点検出装置。
請求項１〜２のいずれかに記載の方法又は請求項３〜５のいずれかに記載の装置を用いて糸条の欠点を検出し、糸条の製造工程を管理する糸条の製造方法。