JP4045444B2 - 紡績糸の巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行する紡績糸条の速度を測定しつつ紡績糸条を巻き取る巻取装置に関する。

特開平０６−１８６２４２号公報 特開平０８−１０５９０９号公報 特開昭４７−１３９６４号公報 特公平０６−１９３６５号公報

紡績糸条がその長手方向に移動し、これに続いて巻取られる巻取装置等には多くの場合、巻回される糸条の走行速度乃至糸長を監視する装置が備えられている。これは、次に説明する通り、その様な紡績糸条を巻成して得られるパッケージが可能な限り正確に同じ糸長を有する様管理（定長管理）されているべきであるという要求に基づいている。

例えば、後記図４に示す様な自動ワインダＷにおける定長装置においては、従来は糸走行信号と綾振りドラムＤの回転パルスを元に計算した値を用いて、パッケージＱに巻回された糸長を推測即ち、パッケージＱの巻取り管（芯管）への紡績糸条Ｙの巻回開始時点から綾振りドラムＤの回転パルスをカウンタで累算し、このパルスが所定数検出されれば満巻きとしてパッケージＱの巻成を終了していたところ、互いに接触しながら回転する綾振りドラムＤとパッケージＱの間にはスリップ等の要素が介在するため、推測により得られる糸長の値は必ずしも正確なものではなかった。
そうすると、各パッケージＱに実際に巻回される糸長も必ずしも一定なものとはならず、各パッケージＱにはそれぞれ無視出来ない糸長のばらつきが発生してしまうため、整経等の後工程では各パッケージＱの巻取り管に不要な糸がどうしても残されてしまうこととなり、これを廃棄したりするのに余分な手間や人手が発生することはもとより、高価な糸の場合には、その様な不要な糸が発生すること自体が非常な無駄であり、経済的損失も無視することが出来ないものとなる。このため、その様な手間や無駄を排除すべく、各パッケージＱに実際に巻回される糸長の正確な定長管理が強く求められている。

上述した要求の下、現在までに紡績糸の走行速度を正確に測定する為の装置として例えば特許文献１、２等には、２つのセンサが固定的な間隔で糸条の移動方向に互いに前後に、糸条と非接触で配置されており、この２つのセンサからの測定値を走行時間相関器により評価し、その結果に基づいて糸条の走行速度を求めると共に、この求められた速度と巻成時間とをベースに、積分器等を用いて、パッケージの巻成開始時点から、パッケージの巻取り管に巻き上げられる糸長を累算式に検出する様な装置が開示されている。
しかしながら、このような２点式の速度測定装置では、２つのセンサ信号から実際の糸条の走行速度を求めるに当たっての演算が複雑であり、演算の遅延の発生を防止する必要上、高速・高性能なＣＰＵが必要であるほか、近年の自動ワインダ等の巻取速度高速化に対応させようとすると、複雑な演算をより高速で処理する為により高価なＣＰＵを使用しなければならず、巻取速度の高速化に当たって糸条の速度測定装置の高コスト化が避けられないと言う問題があった。

従って本発明は、低コストかつ簡素な構造でありながら、精度良く繊維製品、特に紡績糸の走行速度を測定することの出来る紡績糸の巻取装置を得ることを課題とする。

上記課題を解決すべく種々試行錯誤を重ねた結果、本発明者らは、紡績糸の表面には無数の毛羽がその長手方向に適宜間隔を空けて存在することから、その様な紡績糸を糸条走行方向に等間隔で配置された受光素子に投影した上これを走行させると、受光素子上に現われている毛羽の多寡に相応する影の濃淡も同様に移動し、受光素子から出力される光電流が上記濃淡の差により変化することを見い出し、これをいわゆる空間フィルタ原理（特許文献３，４等参照）を用いて処理することにより、紡績糸の走行速度を計測するに当たって上記空間フィルタ方式の速度検出原理を適用可能なこと、又それによって紡績糸の走行速度を非接触の儘、高精度で測定できることを見出し、本発明を完成した。

上記課題を解決可能な本発明の紡績糸の巻取装置は、
走行する紡績糸条の速度を測定しつつ紡績糸条を巻取る巻取装置であって、
糸条走行方向に等間隔に配列され、入射した光を電気信号に変換する複数個の受光素子と、
紡績糸条に光を当て、前記受光素子上に投影するための投影光源と、
前記投影光源と前記紡績糸条の間に配置され、前記投影光源からの光を通して前記紡績糸条に当てるための拡散レンズと、
前記紡績糸条と前記受光素子との間に配置され、各受光素子の配置位置に対応した開口部を備え不要な散乱光等の入射を防ぐスリットと、
を有しており、
前記紡績糸条の速度を測定するための装置は、
前記受光素子が、この受光素子と前記紡績糸条とが相対的に前記受光素子の配列間隔に相応した所定のピッチ移動するごとに周期的に変化する電気的出力が発生する様になっており、
この電気的出力を用いることにより走行する前記紡績糸条の速度が求まる様構成された空間フィルタ式速度検出装置であって、
前記複数個の受光素子の配列ピッチは、前記紡績糸条長手方向に存在する毛羽の繰り返しパターンとして予め想定される様な間隔とされ、さらに、前記毛羽の繰り返しパターンは、走行中の前記紡績糸条を観察した際に得られる、統計的に平均化された適宜間隔の繰り返しパターンとされることを特徴とするものである。

さらに本発明は、上記の巻取装置において、測定された前記紡績糸条の走行速度と前記紡績糸条を巻取るのに要した巻成時間とを用いて巻取られた前記紡績糸条の糸長を求め、これを一定長に規制するようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、紡績糸の走行速度を非接触の儘、高精度で測定できるので、この値を用いてパッケージに巻回された糸長を計算して、パッケージの正確な定長管理を行なうことが出来る。
又一定糸長が巻回されたパッケージを提供できるので、整経等の後工程においても各パッケージに不要な糸が残ったりせず、無駄を排除することも出来る。
さらに、センサ出力信号から糸条の走行速度を求めるに際しての演算が簡単で済むので、自動ワインダ等各種巻取装置の巻取速度の高速化を図った場合であっても演算の遅延の発生が少なく、巻取速度の高速化に余裕を持って対応出来るほか、複雑な演算を高速で処理する為の高価なＣＰＵを用いなくても糸条の走行速度を演算処理出来るので、巻取速度の高速化に伴うコスト上昇を抑制することが出来る。
以下、本発明を詳細に説明する。

発明を実施するための形態

以下では、本発明の一実施形態その他を、添付の図１〜６に基づき説明する。
図１は本発明の巻取装置における紡績糸の走行速度の測定原理を示す概念図であり、図２は本発明の巻取装置に備えられた紡績糸の速度測定装置の一構成例を示す正面図、図３は図２に示す紡績糸の速度測定装置を組み込んで紡績糸の巻取装置１００を構成した一例を示した図、図４は後記本発明の一実施例に係る自動ワインダの概要を示す図、図５は受光素子の配列及び結線関係の別の例を示す図、図６は空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の性能を示す伝達関数特性曲線を表わす図である。尚図２，３中のスリット７に設けられた開口部１７はそれぞれ、各受光素子９の配置位置に対応している。

本発明の巻取装置に備えられる紡績糸条の走行速度測定装置（糸速センサ）１は光学式であり、受光素子９上にその姿が投影された無数の毛羽６を有する紡績糸条Ｙが走行する際に生じる光電流の変化をいわゆる空間フィルタ原理を用いて処理し、これを用いて糸条の走行速度、乃至糸長を算出するものである。
尚一般的な空間フィルタ式の速度検出方式は、櫛の歯状に複数の短冊形状の受光素子を等間隔に並べて１組の検出器を構成し、各受光素子の受光面上にあらわされた被測定物体のパターン乃至光学ムラの各部がこの受光素子を横切る度に検出される電気的出力の周期的な変化を観測すると共に特定時間内におけるその繰返し数をカウントし、これに各受光素子の配列ピッチに相応した所定のピッチを乗じて各受光素子に実質的に直交する方向の被測定物体（のパターン乃至光学ムラ）の移動量や移動速度を求めるものである。ここで、検出器からの電気的出力は、各受光素子の配列ピッチに相応した所定のピッチだけ被測定物体と検出器が相対的に移動する毎に周期的に変化する。これは、空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の伝達関数が有する狭帯域通過特性によるものである。

既に知られている様に、紡績糸条Ｙを光の方向に向けかざして見ると、図１に示す様にその表面には無数の毛羽６が見られる。
その糸を、図１に示す様に、等間隔で並んだ複数個の受光素子９からなる受光器８上に配置し、反対側より光を照射すると、各受光素子９上には、紡績糸条Ｙ及びその毛羽６が影５として映し出されることになる。このとき、各受光素子９上では、毛羽６の多寡に相応する影の濃淡が生じている。尚本実施形態では、光源２からの光を拡散レンズ３を通して紡績糸条Ｙに当てている。又各受光素子９は、実質上同一幅ｗを有する短冊形状のものであって、それぞれ同一の光電変換特性を有するものであるほか、この例では、隣接する各素子からの出力を一括して取り出すかたちで接続されている。ここで、等間隔で並んだ複数個の受光素子９の配列ピッチｐは、糸条長手方向に存在する毛羽６の繰り返しパターンとして予め想定される様な間隔とされている。この様な毛羽６等のパターンは、非常に数が多いため、走行中の紡績糸Ｙを観察すると統計的に平均化され、適宜間隔の繰り返しパターンと見ることが出来る。一例として挙げれば、本実施形態では、各受光素子９は約５ｍｍピッチで配列されている。

次に、図２に示す様に糸条Ｙと受光器８（各受光素子９）との間に、不要な散乱光等の入射を防ぐために各受光素子９の配置位置に対応した開口部１７を有するスリット７を置き、その状態で糸Ｙを走行させた場合につき説明する。
糸Ｙが走行すると、受光素子９上に現われている毛羽６の多寡に相応する影の濃淡も同様に移動することになる。このとき、受光素子９から出力される光電流は、濃淡の差により変化する。ここで、受光素子９に向かう光束１６のうち、スリット７の開口部１７の配列ピッチに対して比較的小さな間隔の影の濃淡差や、大きな間隔の影の濃淡差については、各素子にほとんど光電流の変化として現われない一方、スリット７の開口部１７の配列ピッチに合った間隔（即ち糸条長さ方向に存在する毛羽６の配置間隔として予め想定した値）の影の濃淡差については、各素子に大きな光電流変化が生じることとなる（空間フィルタとしてのスリット或いは等間隔で配列された受光素子の伝達関数が有する狭帯域通過特性）。つまり受光素子９から取り出された信号は光学系１０および受光素子９の配列で定まる特定の間隔（毛羽６の繰り返しパターンとして予め想定した値）の影の濃淡差だけが抽出されたものとなる。
図３に示す通り、この、受光素子９で得られた信号は、受光素子９後段に設けられた演算部１８におけるフィルタ１９を通してノイズ除去された後波形整形が行なわれてパルス列に変換されたのち、パルス数がカウンタ１５を用いて計数される。走行する糸Ｙの速度が低い場合、特定時間中に計数されるパルス数は少ない一方、高速になる程、特定時間中に計数されるパルス数は増加する。したがって、この信号が毛羽６の配置間隔として予め設定した間隔の影の濃淡差から発生したものであることより、特定時間中に計数されたパルス数の値に毛羽６の繰り返しパターンとして予め設定した間隔即ちスリット７の開口部１７の配列ピッチを掛ければ、紡績糸条Ｙの走行速度及び糸長を求めることができる。

言い換えれば、この様な構成からなる空間フィルタ式速度検出装置では、時間軸上に連続して得られる受光素子９からの出力信号の周波数を求めれば、それから対象物の移動速度を計算で求めることも可能である。即ち、糸条Ｙの走行速度ｖは、時間軸上に連続して得られる受光素子９からの出力信号の周波数をμ、スリット７の開口部１７の配列ピッチをｐとして、
μ＝ｖ／ｐ
から求められる。
したがって、例えば、ｐ＝１ｍｍの配列ピッチを有する受光素子９があり、時間軸上で逐次得られるその受光素子９からの出力信号が、μ＝１ｋＨｚの周波数であることが判れば、上式より糸条Ｙの走行速度を計算で１ｍ／秒と求めることが出来る。この様にして求められた紡績糸条Ｙの走行速度及び糸長は、制御部１４で各種操作を行なったのち、表示部１３に表示される。

本発明の巻取装置に備えられた糸速センサ１では、以上の検出原理より、糸の移動量を測定している。上記の説明からも理解される様に、本発明の巻取装置に備えられた空間フィルタ方式による糸条の走行速度測定装置は、感覚的に言えば、家の中から、葦簀を通して表を歩いている人を見たときに、人が見え隠れし光の明暗となり見える現象を応用したものとも言える。

次に、上記構成からなる速度測定装置を、図４に示す自動ワインダＷに組み込んだ本発明の一実施例につき説明する。尚自動ワインダＷは、紡績機械の仕上工程および、製織、編成の準備工程として使用される糸巻機であり、その前段となる不図示の精紡機で精紡ボビンＢに巻取られた紡績糸条Ｙを、糸むらの欠点となる部分を除去して、後工程に都合の良い様にコーン状に高速で大きく巻取ることを目的とするものである。

図４（Ａ）にその右側面、（Ｂ）にその主要部を表わした正面が示される自動ワインダＷは、精紡ボビンＢから糸条Ｙを解舒してパッケージＱとして巻き返す装置であって、下方に配置された精紡ボビンＢから糸条Ｙを解舒して上方に送り、この糸条Ｙを綾振りドラムＤでトラバース（綾振り）しながらパッケージＱに所望の径になるまで巻取るものである。パッケージＱは、クレードル２０により支持されている。このクレードル２０は、ベアリングセンター２０ａでパッケージＱの両側を嵌合支持しており、支持アーム２０ｂでこのベアリングセンター２０ａを保持している。又自動ワインダＷには、その糸条の走行経路途中に、糸継ぎ装置Ｓが設けられており、上記の通り糸むらの欠点となる部分を除去出来る様になっている。
この自動ワインダＷでは、綾振りドラムＤとパッケージＱとは、互いに平行かつ両者を接触接圧させた形で設けられており、綾振りドラムＤの回転を駆動源としてパッケージＱが従動的に回転する様構成されている。

本実施例の自動ワインダＷに備えられる紡績糸の速度測定装置の構成、および動作等については、図１〜図３及び上記［発明を実施するための形態］で説明した通りである。
かくして、空間フィルタ方式による紡績糸の速度測定装置が備えられた本実施例の自動ワインダによれば、紡績糸の走行速度を正確に測定することが出来る。又この測定された糸条の走行速度と巻成時間とを用いれば、パッケージＱの巻成開始時点から満巻きに至るまでの糸長を求めることが出来る。即ち本発明によれば、パッケージＱに巻上げられる糸長を正確に特定して、定長管理することが可能となる。
一例では、従来の自動ワインダに搭載されていた定長装置を用いた場合、パッケージＱに巻成された糸長には、糸種等によっても異なるが１パッケージ当たり約±１％程度のばらつきが見られるところ、空間フィルタ方式による紡績糸の速度測定装置が備えられた自動ワインダによれば、これを約±０．３％の範囲内に収めることが可能となる。

この様に、本実施例の自動ワインダでは一定糸長が巻回されたパッケージを提供できるので、整経等の後工程においても各パッケージに不要な糸が残ったりせず、無駄を排除することが出来る。

以上、本発明の一実施形態として自動ワインダ上で巻取られる紡績糸の速度測定を行なうための構成を中心に説明したが、本発明は上記実施例記載のものに限られず、種々の設計変更が可能である。
例えば、本発明の紡績糸の巻取装置に備えられた速度測定装置は、自動ワインダに限らず、仮撚加工機や二重撚糸機等、各種の巻取装置に適用することが出来る。
パッケージＱの巻成開始時点から満巻きに至るまでの糸長は、測定された糸条の走行速度と巻成時間とを用いて求めることが出来るところ、これらの値をベースに、不図示の積分器等を用いて累算式に糸長を求める構成とすることも出来る。

速度測定装置１の光学系１０に関し、走行糸条Ｙとスリット７の中間には、更なる散乱光の入射を防止するための通孔の穿たれた光遮断板がさらに備えられていても良いほか、一般的な空間フィルタ式速度検出器同様、測定対象である走行糸条Ｙとスリット７の中間に対物レンズがさらに備えられていても良い。スリット７後段に配置される各受光素子９の形状についても上記形状からなるものに限定されず、例えば特公昭６２−３４１０７号に示す様なもの等としても良い。スリット７の開口部１７或いは各受光素子９の配列ピッチも、上で例示した値に限定されない。さらに、上記各例では、測定対象物と各受光素子９の間に各受光素子９の配置位置に対応した開口部１７を有するスリット７を置いているが、これを除去しても、対象物の移動速度の測定は可能である。このほか、空間フィルタ式速度検出方式自体については現在までに種々の改良が行なわれてきているところ、それらを本発明の巻取装置における紡績糸条の速度測定装置１に適用しても良く、それにより速度測定装置１の測定精度をより向上させることが出来る。

例えば上記各例では、櫛の歯状に複数の受光素子９を等間隔に並べて１組の受光器８を構成し、これを空間フィルタ検出器として用いているが、しかし１組の櫛形検出器では出力に直流成分が乗って来る点を考慮し、それを除去するために２組の櫛形検出器を噛み合わせた図５に示す様な差動型空間フィルタ検出器を用いても構わない。図５に示す例では、各組を構成する受光素子９の配列ピッチはｐ、又各受光素子の幅はｗで表わされる。各検出器から得られた出力は、差動増幅器１１に入力され、増幅器１２で増幅されたのち、先に説明した演算部１８に入力される。次に説明する図６から判る様に、差動型空間フィルタ検出器によれば、空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の性能を示す伝達関数特性曲線に見られる低周波域における通過特性を改善し（図６（Ｂ）参照）、低周波通過特性を有しない伝達関数曲線とすることが出来る。
特許文献３その他で説明されている通り、その様な伝達関数特性曲線を有する差動型空間フィルタ検出器を用いれば、対象物の走行速度が低くてもこれを正確に測定できるので、自動ワインダＷ等、１個のパッケージＰが満巻きになるまでに複数本の精紡ボビンＢが使用され、途中でその交換作業が複数回行なわれる様な装置における糸条の走行速度の測定や糸長の特定をさらに正確に行なうことが出来る。

ここで、図６には、空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の性能を示す伝達関数特性曲線Ｐ、Ｐ’が示されている。（Ａ）は上記各例で用いた空間フィルタとしての１組の櫛形検出器のもつ伝達関数特性曲線Ｐを、（Ｂ）は上記差動型空間フィルタ検出器の場合の伝達関数特性曲線Ｐ’を示している。尚Ｇ（ｆ_ｘ）は空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の性能を示す伝達関数、ｆ_ｘは対象物の移動方向（ｘ方向）の空間周波数［サイクル／センチメートル］である。図６（Ｂ）の伝達関数特性曲線Ｐ’から明らかな通り、差動型空間フィルタ検出器によれば、空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の伝達関数が有する狭帯域通過特性はそのままに、低周波域における通過特性を排除することが出来る。尚上記狭帯域通過特性とは、１／ｐを中心空間周波数とし、帯域幅１／ｎｐを有するものである。ｐは各組を構成する受光素子の配列ピッチ、ｎは各組を構成する受光素子の総数である。

このように本発明は、非接触で光学的に対象物の速度を測定することが可能な空間フィルタの基本原理を活かした、廉価で簡素、かつ正確な速度測定装置を備えた紡績糸の巻取装置を提供できるものであることが明らかである。

本発明の巻取装置における紡績糸の走行速度の測定原理を示す概念図である。 本発明の巻取装置に備えられた紡績糸の速度測定装置の一構成例を示す正面図である。 図４に示す紡績糸の速度測定装置を組み込んで紡績糸の巻取装置を構成した一例を示した図である。 本発明の適用対象の一例となる自動ワインダの概略構成図である。 受光素子の配列及び結線関係の別の例を示す図である。 空間フィルタとしての等間隔で配列された受光素子の性能を示す伝達関数特性曲線を表わす図である。

符号の説明

Ｂ 精紡ボビン
Ｄ 綾振りドラム
Ｐ 伝達関数特性曲線
Ｐ’ 伝達関数特性曲線
Ｑ パッケージ
Ｓ 糸継ぎ装置
Ｗ ワインダ
Ｙ 紡績糸条
１ 速度測定装置
２ 光源
３ 拡散レンズ
５ 影
６ 毛羽
７ スリット
８ 受光器
９ 受光素子
１０ 光学系
１１ 差動増幅器
１２ 増幅器
１３ 表示部
１４ 制御部
１５ カウンタ
１６ 光束
１７ 開口部
１８ 演算部
１９ フィルタ
２０ クレードル
２０ａ ベアリングセンター
２０ｂ 支持アーム
１００ 巻取装置

Claims (2)

1. 走行する紡績糸条の速度を測定しつつ紡績糸条を巻取る巻取装置であって、
   糸条走行方向に等間隔に配列され、入射した光を電気信号に変換する複数個の受光素子と、
   紡績糸条に光を当て、前記受光素子上に投影するための投影光源と、
   前記投影光源と前記紡績糸条の間に配置され、前記投影光源からの光を通して前記紡績糸条に当てるための拡散レンズと、
   前記紡績糸条と前記受光素子との間に配置され、各受光素子の配置位置に対応した開口部を備え不要な散乱光等の入射を防ぐスリットと、
   を有しており、
   前記紡績糸条の速度を測定するための装置は、
   前記受光素子が、この受光素子と前記紡績糸条とが相対的に前記受光素子の配列間隔に相応した所定のピッチ移動するごとに周期的に変化する電気的出力が発生する様になっており、
   この電気的出力を用いることにより走行する前記紡績糸条の速度が求まる様構成された空間フィルタ式速度検出装置であって、
   前記複数個の受光素子の配列ピッチは、前記紡績糸条長手方向に存在する毛羽の繰り返しパターンとして予め想定される様な間隔とされ、さらに、前記毛羽の繰り返しパターンは、走行中の前記紡績糸条を観察した際に得られる、統計的に平均化された適宜間隔の繰り返しパターンとされることを特徴とする巻取装置。
2. 測定された前記紡績糸条の走行速度と前記紡績糸条を巻取るのに要した巻成時間とを用いて巻取られた前記紡績糸条の糸長を求め、これを一定長に規制するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の巻取装置。

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