JP3715927B2 - ロービングパッケージの実際直径を無接触で検出するダイレクトロービングワインダにおける装置、およびこのような装置を備えるロービングワインダ、ならびにロービングワインダを制御する方法、および紡糸装置を制御する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つまたは複数のロービングパッケージを製作するための少なくとも１つのスピンドルを備える機械フレームと、糸渡し装置とを有するダイレクトロービングワインダのロービングパッケージの実際直径を無接触で検出するダイレクトロービングワインダにおける装置に関する。
【０００２】
さらに本発明は、パッケージ直径を求め、求めたパッケージ直径に依存してスピンドルの回転数を制御する、ロービングワインダを制御する方法に関する。さらに本発明は、複数のガラスファイバが紡糸口金によって紡糸され、ダイレクトロービングワインダによってロービングパッケージに巻き取られる、ガラスファイバを紡糸する装置を制御する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ロービングパッケージを製造するときには、巻き取っていくときに増えていくパッケージの直径が連続的に検出され、検出されたパッケージ直径に依存して、スピンドルの回転数と、糸渡し装置の運動とが制御される。
【０００４】
ダイレクトロービングワインダでは、パッケージ表面を機械的に走査し、それによってパッケージ直径を求めることが公知である。米国特許第６，０７６，７６０号より、合成繊維のための、パッケージの実際直径を検出するこのような装置が公知となっている。
【０００５】
ダイレクトロービングワインダでは、さらに、スピンドルの回転数と、糸渡し装置の運動とを、プロセス工学的に重要なさまざまなデータに依存して制御することが公知であり、この場合、パッケージ直径は主に巻取時間とスピンドルの速度から算出される。このような方法は、米国特許第４，１４６，３７６号から公知である。このときスピンドルの速度は、目標値からの逸脱を表すエラー信号に応じて制御される。このとき、紡糸装置の始動段階のあいだ、紡糸口金の温度変動を補償するために信号が修正される。
【０００６】
ＤＥ−Ａ−３８１０４１４号より、波長送受信機として構成されたセンサを有する、直接整経機で巻取体の直径を継続的に求めるための測定装置が公知であり、この場合、波長パルスの送信と反射パルスの受信との間の時間差から、巻取体の直径が判定される。これに類似したやり方で作動する装置がドイツ特許第３７３４０９５号から公知であり、この場合には三角測量法によって距離が判定される。
【０００７】
ＤＥ−Ａ−１９９６０２８５号よりパッケージ直径を無接触で検出する方法が公知であり、この場合、センサとパッケージ表面との間隔、およびセンサとスピンドル表面との間隔が検出され、スピンドル間隔とパッケージ間隔との差異に基づいてパッケージ直径が算出される。
【０００８】
日本国特開平７−２５７８１９号公報のアブストラクトより、パッケージ上にあるヤーンの残量を、パッケージ表面とセンサとの間隔を測定するセンサによって求めることが公知である。日本国特開２０００−１８５８７９号公報のアブストラクトより、このような距離センサを用いてパッケージ直径を求め、求めたパッケージ直径に依存して、糸に対して及ぼされる張力を制御することが公知である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ロービングパッケージの内部における繊度の均一性を向上させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、実際直径を無接触で検出する装置が、レーザ放射のための発信機と受信機を有するレーザセンサを含んでおり、発信機からパッケージ表面に当たって受信機に戻ってくる放射によってレーザセンサからパッケージ表面までの距離を求めることによって解決される。
【００１１】
無接触ではあるが直接的にパッケージ直径を検出することで、スピンドルの回転数と、糸渡し装置の運動（パッケージ表面から糸渡し装置までの距離）を制御して、高い均一性のロービングが巻き取られるようにする。従来技術では、さまざまなプロセス工学上のデータ、特にスピンドルの回転数を用いてパッケージ直径を算出しているのに対し、本発明によれば、直接的に測定されるロービングパッケージの実際直径が、繊度がきわめて均一なロービングを製造することを目的として、スピンドルの回転数を制御するのに援用される。したがって本発明は、機械フレームと、この機械フレームから突出する少なくとも１つのスピンドルと、機械フレームに旋回可能に枢支された糸渡し装置と、スピンドル上で製作されるパッケージの目下の直径を求める装置とを有するロービングワインダを制御する方法であって、パッケージを製作するためにロービングを糸渡し装置を介してパッケージまで案内し、求められたパッケージの目下の直径を用いて糸渡し装置とパッケージ表面との距離を制御する方法も対象としている。この方法は、上に述べた種類のレーザセンサによって目下のパッケージ直径を求めることを特徴としている。
【００１２】
発生する繊度変動に対処するために、センサの信号を紡糸口金温度の制御に援用すると格別に有利である。そのために、特に実際直径の時間的な推移、すなわち直径増加が考慮される。したがって本発明は、紡糸装置から押し出されたガラスフィラメントをダイレクトロービングワインダで巻き取る、ロービングを押し出す装置を制御する方法も対象とする。この方法は、ロービングパッケージの実際直径の時間的な推移、すなわちロービングパッケージの直径の増加を、上に述べた種類のレーザセンサによって求め、求められたロービングパッケージの実際直径の時間的な推移に依存して、紡糸口金の温度を制御することを特徴としている。
【００１３】
パッケージの実際直径の早すぎる増加は、口金の吐出量（ブッシング出力）が高すぎ、すなわち繊度が高すぎる結果である。紡糸口金の温度を下げることで、口金の吐出量を減らし、それによって繊度を減らすことができる。直径増加と紡糸口金温度の関係は多くのパラメータに依存しており、それぞれの設備について経験的に求めなければならない。
【００１４】
通常、２つ、３つ、または４つのロービングパッケージが、１本のスピンドルで製作される。これに対応する個数のセンサにより、パッケージ直径およびパッケージ直径の増加を、それぞれのロービングパッケージについて別々に監視することができる。各センサの信号は、１本のスピンドルの上で一緒に巻き取られるべきそれぞれのロービングパッケージの直径差を認識するのに利用される。直径差が大きすぎるときは、次のようなさまざまな方策を講じることができる。
‐ ダイレクトロービングワインダを停止させ、紡糸の幾何学構成、糸の配分などをチェックする。
‐ 廃棄物の発生を防止するために、自動式のパッケージ交換を開始することができる。
‐ 処理されたセンサの信号を用いて、紡糸位置の温度バランスを修正することができる。
【００１５】
したがって本発明は、多数のロービングパッケージが１本のスピンドル上で製作され、パッケージ直径が求められる、ダイレクトロービングワインダの作業状態を監視する方法も対象とする。この方法は、スピンドル上で製作されているそれぞぞれのロービングパッケージの直径を、上に述べた種類のそれぞれ独自のレーザセンサによって検出し、それぞれのスピンドルについてレーザセンサで求めた直径値を相互に比較して、直径差が閾値を越えているときには制御信号を発生することを特徴としている。
【００１６】
さらに、ロービングパッケージの増加と、パッケージの最小増加の値とを比較することによって、センサの信号が糸切れの点検も可能にする。
【００１７】
センサは機械フレームに取り付けられていてもよく、あるいは糸渡し装置に取り付けて、糸渡し装置とともに動くようになっていてもよい。
【００１８】
レーザセンサは、公知のやり方で、センサからパッケージ表面に当たって受信機に戻ってくる放射の進行時間から、パッケージ表面との距離を求める。それに基づいて、ダイレクトロービングワインダの寸法および設計データや、ダイレクトロービングワインダにおけるレーザセンサの既知の位置を考慮しながら、ロービングパッケージの実際直径を求めることができる。
【００１９】
レーザセンサからパッケージ表面までの距離は、公知の三角測量原理に基づいて求めるのが好ましい。このときレーザビームはパッケージ表面上の小さな点として現われ、受信機が、点から戻ってくる放射が受信機に当たる角度を判定することによって、この点の位置を検知する。発信機と受信機の間隔、および放射が受信機から射出される角度は一定の大きさなので、それに基づいて、センサからパッケージ表面までの距離を算出することができる。センサの内部にある受信機は、フォトダイオードアレイまたはＰＳＤである。フォトダイオードアレイは、内蔵されているマイクロコントローラによって読み取られる。パッケージ表面上の点から戻ってくる放射の、フォトダイオードアレイの上での分布に基づいて、マイクロコントローラが角度を正確に算出し、この角度から、パッケージ表面までの距離を算出する。ＷａｙＣｏｎ ＰｏｓｉｔｉｏｎｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋＧｍｂＨ社（ドイツ、８２００８ウンターハッチング、インゼルカンマーシュトラーセ８所在）のレーザ距離センサＯＡＤＭ（商標）が好適である。
【００２０】
ガラスファイバまたはロービングを紡糸位置よりも下側でダイレクトに巻き取る場合、水、スラッシングコンパウンド（糊状の物質）、ガラスファイバの繊維くずなどによって汚れ物質が生じる可能性があるため、レーザセンサが汚れる危険がある。このような物質および粒子は、回転するパッケージで生成される空気渦によって回りに飛ばされて、短時間のうちに、機能が停止するほどひどくレーザセンサを汚すことがある。したがってレーザセンサは、レーザビームを通過させる開口部を有するケーシングの中に配置するのが好ましく、このとき、レーザセンサとケーシングの間のスペースに、開口部から出ることのできるガスが吹き込まれる。それにより、こうした物質や粒子が侵入してレーザセンサの光学系に堆積することが防止される。
【００２１】
この開口部は、開口部から離れる方向の滴下エッジを有するアタッチメントを備えていると好都合である。このアタッチメントは、時間とともに形成される汚れ物質の蓄積が光路に入らないように作用するので、レーザビームを妨げられることなく射出することができる。アタッチメントは容易に取り外すことができ、必要に応じて簡単に洗浄することができる。それと同時に、ケーシングにある開口部を通してレーザの光学系を洗浄することもできる。
【００２２】
このとき、アタッチメントの洗浄を、取付状態で通常の作動中に手作業で行えるように、レーザセンサの信号をフィルタリングすることが可能である。３週間のインターバルで洗浄をすれば十分であることが判明している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。図面は次のとおりである。
【００２４】
図１および図２に示すロービングワインダの一般的な構造は、従来の型式である。機械フレーム１０に、スピンドルリボルバ１２が回転可能に支承されている。スピンドルリボルバ１２は電動モータ１４によって駆動され、２つのスピンドル１６、１８が１８０°オフセットされて互いに偏心的に突出するように、スピンドルリボルバに回転可能に支承されている。図１と図２の図面では、スピンドル１６は巻取り位置にいるのに対して、スピンドル１８は待機位置にいる。スピンドルリボルバ１２の上側には、機械フレーム１２に、糸渡し装置またはあや振り装置２０が枢支されている。糸渡し装置２０の旋回のための駆動装置、および同じくスピンドル１６、１８のための駆動装置は、機械フレーム１０の内部にある。
【００２５】
機械フレーム１０の上側に配置され、図面には図示していない２つの紡糸口金から、押し出されたばかりのロービング２４が、相並んでスピンドル１６に据え付けられた２つのパッケージ２６、２８に巻き取られる。糸渡し装置２０は２つの糸ガイド３０、３２を有しており、これらの糸ガイドは公知のやり方で、あや振り行程の範囲内でロービングを往復案内し、それによってロービングは所定のパターンでパッケージ２６、２８の方へ誘導されて、巻き取られる。
【００２６】
この誘導パターンを厳密に守るには、糸ガイド３０、３２が、パッケージの表面からできるだけ短い一定の間隔をおくことが必要である。したがって糸渡し装置２０はパッケージの増大に応じてスピンドル１６から離れるように旋回し、このときパッケージ表面との間隔は、あや振り運動をする糸ガイド３０、３２によってロービング２４がスピンドル１６、１８の軸の方向にのみ偏向させられ、この軸に対して垂直方向へは偏向させられず、それによって図１の図面で見てロービング２４が直線状に導入されるように制御される。
【００２７】
糸渡し装置２０の正確な位置決めのために、センサ３４によってパッケージ２６、２８の増大が検出され、このとき、それぞれのパッケージ２６、２８について独自のセンサ３４が設けられている。センサ３４は、スピンドルリボルバ１２の軸受の範囲外でスピンドル１６、１８の軸に対して平行に機械フレーム１０から突出するアーム３６に取り付けられている。センサ３４は、公知のやり方で、エコー原理に基づいて作動する。このセンサは、レーザ発信機と、たとえば赤外線領域のレーザパルスなどの電磁波に対する受信機とを含んでいる。レーザビーム３５は、パッケージ表面に対して実質的に垂直に向けられている。発信機からパッケージ表面に当たって受信機に戻るまでの進行時間から、送信機とパッケージ表面との距離が求められる。そしてこれに基づき、ロービングワインダの設計データを用いながら、パッケージ２６、２８の目下の直径を求めることができるので、所定のパッケージ直径に達したときにパッケージ交換を開始することができ、パッケージ交換のときにはスピンドルリボルバ１２を１８０°回して、スピンドル１８が巻取り位置にくるようにする。
【００２８】
三角測量原理に基づいて作動するレーザ距離センサも好適である。
【００２９】
図１に示すように、レーザセンサ３４’は糸渡し装置２０に取り付けられていてもよく、それによってレーザセンサは糸渡し装置とともに旋回する。この場合、パッケージ２６、２８の目下の直径は、旋回アーム２２の位置とレーザセンサ３４’によって求められたパッケージ表面との距離とに基づいて算出される。
【００３０】
パッケージ直径の時間的な推移からパッケージの増大がわかる。パッケージの増大の求められた値を用いて、スピンドル１６、１８の回転数と、糸渡し装置２０の運動、すなわちパッケージ表面から糸渡し装置２０までの距離とを制御する。
【００３１】
さらに、パッケージの増大のデータに基づいて繊度の均一性を監視することができ、繊度が高すぎるときには紡糸口金の温度を少しだけ下げ、また、繊度が低すぎるときには少しだけ上げることによって、繊度変動に対処することができる。
【００３２】
ダイレクトロービングワインダを作動させると、押し出されたばかりのロービングにかけられる水や、糊状の物質であるスラッシングコンパウンドによって、ならびにガラスファイバの繊維くずによって、非常に多くの汚れが発生する。このような物質およびガラスファイバは、高速で回転するパッケージ２６、２８によってはね飛ばされて、生成された空気渦によりまき散らされる。それによって、短時間のうちにレーザセンサ３４、３４’の機能の不具合が生じるのを防ぐため、レーザセンサ３４を手前で遮蔽すると好都合である。そのために図３によれば、それぞれのレーザセンサ３４が山形材３８によってケーシング４０の中に配置されており、このケーシングにはレーザビーム３５を通過させるための開口部または間隙４２があり、レーザセンサ３４の光学系４４と開口部４２との間には自由空間４６がある。この自由空間４６は、レーザセンサ３４とケーシング４０の内面との間に間隔が存在するように、レーザセンサ３４全体の周囲に広がっていてよい。この自由空間には、図示しない圧縮ガス源を介して圧縮空気などの圧縮ガスが導入され、これが開口部４２から出ることによって、汚れの侵入、すなわち水、スラッシングコンパウンド、ガラスファイバーの繊維くずなどの侵入を防止する。そのためには、開口部４２の幅が３．５ｍｍの場合、圧縮ガスの５バールの過圧があれば十分である。
【００３３】
上記に加えて、開口部４２の手前には、開口部４２を包囲して汚れをさえぎるアタッチメント５０が配置されている。アタッチメントは、開口部４２と一直線上に並ぶ開口部をレーザビームのために有し、この開口部の両側に、前方に向かって屹立する付着防止ブラインドまたは付着防止プレートを有している板である。特にひどい汚れが予想される側には、付着防止ブラインド５２が延長されていてよい。付着防止ブラインド５２の前側の端部は尖っていて、付着する汚れを容易に滴下させるようになっている。アタッチメント５０は、ケーシング４０の前面にネジ止めされているので、容易に取り外すことができ、必要に応じて洗浄することができる。センサ３４の光学系４４は、開口部部４２を通して洗浄することができる。このとき制御装置は、アタッチメント５０の洗浄を組付状態で通常の作動中に手作業で行うことができ、これがエラー信号として解釈されないように、レーザセンサ３４の信号がフィルタリングされるように構成されていてよい。
【００３４】
図４と図５はアタッチメント５０の別の実施形態を示しており、図４では、アタッチメント５０にある開口部が下方に向かって拡張していて、環状溝５４で包囲された鋭い縁部を有している。図５では、アタッチメント５０は、場合により侵入した汚れが捕集される中空室５６を備えている。このとき、中空室５６の前面にある開口部の縁は同じく尖っていて、環状溝５４で包囲されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイレクトロービングワインダを示す側面図である。
【図２】図１のダイレクトロービングワインダを示す正面図である。
【図３】レーザセンサを示す断面図である。
【図４】レーザセンサのためのアタッチメントの２通りの異なる実施形態を示す図である。
【図５】レーザセンサのためのアタッチメントの２通りの異なる実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０ 機械フレーム
１２ パッケージリボルバ
１４ 電動モータ
１６ スピンドル（巻取り位置）
１８ スピンドル（待機位置）
２０ 糸渡し装置またはあや振り装置
２２ 旋回アーム
２４ ロービング
２６、２８ パッケージ
３０、３２ 糸ガイド
３４ レーザセンサ
３５ レーザビーム
３６ アーム
３８ 山形材
４０ ケーシング
４２ 開口部
４４ 光学系
４６ 自由空間
５０ アタッチメント
５２ 付着防止ブラインド
５４ 環状溝
５６ 中空室

Claims (8)

1. １つまたは複数のロービングパッケージ（２６，２８）を製作するための少なくとも１つのスピンドル（１６）を備える機械フレーム（１０）と、糸渡し装置（２０）とを有するダイレクトロービングワインダのロービングパッケージ（２６，２８）の実際直径を無接触で検出するダイレクトロービングワインダにおける装置であって、レーザ放射（３５）のための発信機と受信機を有するレーザセンサ（３４）を備えており、発信機からパッケージ表面に当たって受信機に戻ってくる放射（３５）によってレーザセンサ（３４）からパッケージ表面までの距離を求めることができ、さらに、レーザセンサが、レーザビーム（３５）が通過するための開口部（４２）を備えるケーシング（４０）の中に配置されており、レーザセンサ（３４）とケーシング（４０）の内面との間には、開口部（４２）を通って外へ出る圧縮ガスが導入される自由空間（４６）が存在していることを特徴とする装置。
2. ケーシング（４０）の開口部（４２）と一直線上に並ぶ開口部と、この開口部の付近の付着防止ブラインド（５２）とを有するアタッチメント（５０）を備えている、請求項１に記載の装置。
3. 機械フレーム（１０）と、この機械フレームから突出する少なくとも１つのスピンドル（１６，１８）と、機械フレーム（１０）に旋回可能に枢支された糸渡し装置（２０）と、スピンドル（１６，１８）上で製作されるパッケージの目下の直径を求める装置とを有
   し、パッケージを製作するためにロービング（２４）が糸渡し装置（２０）を介してパッケージ（２６，２８）まで案内され、求められたパッケージ（２６，２８）の目下の直径
   を用いて糸渡し装置（２０）とパッケージ表面との距離が制御される形式のロービングワインダにおいて、目下のパッケージ直径を求める装置が、請求項１または２に記載の装置であることを特徴とする、ロービングワインダ。
4. パッケージを製作するためにロービング（２４）を糸渡し装置（２０）を介してパッケ
   ージ（２６，２８）まで案内し、求められたパッケージ（２６，２８）の目下の直径を用いて糸渡し装置（２０）とパッケージ表面との距離を制御する、請求項３に記載のロービ
   ングワインダを制御する方法であって、パッケージ（２６，２８）の目下の直径を、請求項１または２に記載の装置で求めることを特徴とする方法。
5. パッケージの直径の値の時間的な推移に依存してスピンドル（１６，１８）の回転数を制御する、請求項４に記載の方法。
6. 求められたパッケージの増大を用いて巻き取られたロービングの繊度を検出し、繊度変動を防止するために、検出された繊度に依存してスピンドル（１６，１８）の回転数を制御する、請求項４または５に記載の方法。
7. 紡糸位置で紡糸されたガラスフィラメントをダイレクトロービングワインダでパッケージに巻き取る、ロービングを紡糸する装置を制御する方法において、
   レーザ放射のための発信機と受信機を有するレーザセンサを設ける工程と、
   発信機からパッケージ表面に当たって受信機に戻ってくる放射によってレーザセンサからパッケージ表面までの距離を求める工程と、
   レーザセンサからパッケージ表面までの距離の時間的な推移からパッケージの直径の増加を求める工程と、
   求められたパッケージの直径の増加によって紡糸位置の温度を制御する工程とからなる方法。
8. 多数のパッケージ（２６，２８）が１本のスピンドル（１６，１８）上で製作され、パッケージ直径の増加が監視される請求項３に記載の方法において、それぞれのパッケージ（２６，２８）の直径の増加を別々に監視し、それぞれ個々のパッケージ（２６，２８）について求めたパッケージの増大の値を比較し、個々のパッケージ（２６，２８）について求めたパッケージ増加の値が閾値を超えているときに制御信号を発生する方法。

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