JP4369123B2 - 繊維シートの延反を自動制御するためのシステム - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、ニードリングされた繊維構造体の分野、特に、このような繊維構造体を形成するトウの延反を自動制御するためのシステムに関する。

従来技術
従来の工業におけるニードリング法では、ニードリングされ且つ例えば高温での使用のための保護部分を製造するのに使用される繊維シートが、並んで配置され且つ有利にモノフィラメントタイプの多数の繊維ヤーンを各々が含む複数のトウから構成される。各トウはクリールフレームとして知られている装置から到来し、シート（トウウェブとも呼ばれる）内の分布ができる限り均一となると推量される幅と位置とで出現する。

現在、この分布は、クリールフレームからの出口のところに居る操作者によって純粋に手動で行われ、操作者は、特にトウが重なり合う所でシートを常に監視し、可能な場合、欠陥を制限するようにトウの延反方法を手動で変更する。残念ながら、このような欠陥が過度であることが確認された場合、工程を中断しなければならず、そのことが重大な結果を招く。こうした方法は、労働コストの点で特に費用がかかる（特に、工程が１日２４時間行われる場合）ことに加えて、人的要因に起因する不具合から免れることができない。

本発明の目的および定義
本発明は、駆動モジュールに送るためのトウ送りモジュールから到来する複数のトウから構成される繊維シートの延反を自動制御するための装置において、各トウの長手方向に延びる縁の位置を測定するための手段と、各トウの幅を個別に調整するための手段と、トウの前進方向に対して垂直方向に各トウの位置を個別に調整するための手段と、前記位置測定手段に応答して繊維シートの幅および位置が所定の幅および所定の位置となるように前記調整手段を制御するためのデジタルプロセッサ手段とを具備することを特徴とする装置を提案することによって、それらの不都合を軽減する。

この特定の構造によれば、繊維シートの分布を自動的に均一にすることができ、したがって、繊維シートの幅および位置が完全に保証され、繊維シートをプレニードリングモジュールに導入したりクロスレイヤー（交差縒り機）に直接導入するようリアルタイム制御される。

各トウの長手方向に延びる縁の位置を測定するための手段は、繊維シート上方に配置されたデジタルカメラ、さもなければ、検出器、好ましくは、複数の受光ダイオードに整列するよう配置された複数の発光ダイオードであって受光ダイオードとの間を測定されるべきトウが通過するようにされた発光ダイオードから構成された線形光学センサを有すると有利である。同様に、各トウの幅を個別に調整するための手段は、第１アクチュエータによって駆動される枢軸を中心に枢動せしめられる湾曲調整バーを有し、該湾曲調整バーが枢動せしめられると、湾曲調整バーの中央部の湾曲部の位置が変更され、湾曲調整バーを通過するトウの幅に作用する。同様に、トウの前進方向に対して垂直方向に各トウの位置を個別に調整するための手段は、ベルクランクに作用する第２アクチュエータと、トウを支持するスライダを移動するための接続ロッドとを有する。第１アクチュエータおよび第２アクチュエータは、デジタルプロセッサ手段によって直接作動される電気制御式アクチュエータであることが好ましい。

デジタルプロセッサ手段はマイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御装置を有し、これら装置は、前記位置検出器によって検出された測定値に基づいて第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを制御し、繊維シートの幅および位置が所定の基準値に調整されることを保証するように各トウの幅および位置を調整する。これら所定の基準値が、シートの全幅Ｎｃと、トウ間の名目上の重合わせＲ１ｃ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｃと、個々のトウ幅Ｌｃとを含むと有利である。それにもかかわらず、繊維シートの全幅と名目上の重ね合わせとに関係する基準値のみが操作者によってデジタルプロセッサ手段に供給され、一方、個々のトウの幅に関係する基準値は操作者によって供給される上記基準値に基づいてデジタルプロセッサ手段によって自動計算される。

また、本発明は、繊維シートの延反を自動制御するための装置を実装する方法を提供する。
図面を参照し、本発明を限定することを意図していない表現を用いた以下の記載を読めば、本発明の特徴および利点がより明確になるであろう。

好ましい実施態様の詳細な説明
繊維シートの延反を自動制御するための自動制御装置が図１に概略的に示されている。
自動制御装置１０は、トウ送りモジュール１２とトウ駆動モジュール１４との間の従来のクリールフレームに配置される。駆動モジュールは、プレニードリングモジュールまたはクロスレイヤー（交差縒り機）にも統合し得る。図示した例では、送りモジュール１２は、駆動モジュールよりも高い面に配置されており、４つのトウ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを送り出し、これらトウは、４つの異なるレベルに配置されたそれぞれ対応する偏向バー１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ間を前進方向に通る。当然のことながら、トウの数はこれに限定されるものではなく、これよりも少ない数（少なくとも、２つ）またはこれよりも多い数といった他の数でもよく、これに対する唯一の制限は、自動制御装置を取り付けるために利用可能な空間の大きさである。駆動モジュール１４は一連のピンチローラ１４０（駆動プレスとも称する）を有し、これらピンチローラ１４０は延反を制御するための本発明の自動制御装置１０によって上記４つのトウが均一に分布されるとこれらトウによって形成されるシートを巻き取り駆動する。

自動制御装置は、スタンドを形成する２つの直立サイド部材１００、１０２間に、ガイドレールを形成し且つ偏向バーの４つのレベルから僅かにずれた異なるレベルに配置される４つの第１支持横断部材１０４、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄを有し、各支持横断部材は、スライダ（またはフレーム）１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを保持し、これらスライダは、トウの前進方向に対して垂直方向に直立サイド部材間を横断して移動し、トウが自動制御装置を通過するときにトウを支持するためのものである。

図２および図３から判るように、スライダの頂部には両側に、（支持横断部材と同じ高さで）、２つのチークプレート１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ；１０８’ａ、１０８’ｂ、１０８’ｃ、１０８’ｄが固定されており、これらチークプレート間には、互いに上下に、第１固定センタリングバー１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、対応の軸１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを中心に移動可能な調整バー１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄによって形成されるトウ幅調整手段とが設けられており、それぞれ対応する軸を中心とする枢動は、好ましくは、電気制御され且つスライダに設けられたそれぞれ対応する第１アクチュエータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄによって制御される。

固定タイプのセンタリングバーは、それぞれ対応する偏向バーと実質的に整列し、湾曲バーであること、すなわち、その中央部分がバナナ状に湾曲していることが好ましい。しかしながら、真っ直ぐなセンタリングバーを使用してもよい。一方、可動タイプの調整バーはバナナ状に湾曲されている必要があり、第１アクチュエータによって駆動される可動調整バーの枢軸を中心とする枢動によって可動調整バーの中央の湾曲部分の位置が変えられ、この可動調整バーの中央の湾曲部分は凹形状と凸形状との間で変わることによって湾曲バーを通過するトウの幅を変える働きをする。これによれば、凸形状は凹形状に対応する幅よりも広い幅に対応する。

電気制御式の４つの第２アクチュエータ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄを示した図３および図４から判るように、各スライダの横断方向の変位は、好ましくは、各トウの個々の位置を調整するように制御され、これらアクチュエータは、それぞれ対応するスライダの底部に接続されたそれぞれ対応する接続ロッド１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ上のそれぞれ対応するベルクランク１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄを介して作動する。これら第２アクチュエータがスタンドの直立サイド部材（１０２）の１つに取り付けられると有利である。各スライダの底部には、駆動プレス１４０と略同じ高さで、第２固定センタリングバー１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄが設けられており、これらセンタリングバーはスライダの下方に移動するトウを駆動モジュール１４の入口の方へと偏向する偏向バーとして機能する。

それぞれ対応するスライダの底端部と略同じ高さで直立サイド部材１００、１０２間に同様に延在する第２支持横断部材１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄに設けられた４つの検出器によって、シートの全幅を知るために、繊維シート内の各トウの幅と位置とが測定される。各検出器１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄは、複数の受光ダイオード１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄにそれぞれ整列して配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄから構成された線形光学センサ（好ましくは、個々のトウの幅よりも広い幅の赤外光ストリップ）によって構成されると有利であり、測定されるべきトウは、これら発光ダイオードと受光ダイオードとの間を通り、各センサは、トウの長手方向に延びる２つの辺の少なくとも近傍で、好ましくは、トウの全幅に亘って検出するように、それぞれ対応する支持横断部材に設けられる。なお、これら検出器を、視野の中で繊維シートの全幅を網羅できるような繊維シート上方の位置に配置される単一のデジタルカメラで、置き換えることも有利である。

自動制御は、デジタルプロセッサ手段（図５参照）、好ましくは、マイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御器１３４によって行われ、これら装置は、検出器１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄから位置情報を受信し、この情報から内部パラメータを導出し、調整バーおよびスライダの動きを制御するための様々な電気制御式アクチュエータ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ；１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄを作動する。考慮されるパラメータは、本質的に、繊維シートを構成するトウの前進速度と、各検出器と調整バーの枢軸との間の距離とである。制御装置は、繊維シートを構成する紡績繊維を均一に分布させるように、３つの基準値、すなわち、シートの所望の全幅（基準全幅Ｎｃ）、トウ間の所望の名目上の重合わせ（基準重合わせＲ１ｃ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｃ）、個々のトウ幅（個々の基準幅Ｌｃ）に関するリアルタイム調整を実行する。最初の２つの基準値のみが操作者によってデジタルプロセッサ手段に供給され、このプロセッサ手段が基準値Ｌｃを自動計算する。例えば、基準値（ミリメートル単位で与えられる）、すなわち、Ｎｃ＝５３０ｍｍ、Ｒ１ｃ＝Ｒ２ｃ＝Ｒ３ｃ＝１０ｍｍ、Ｌｃ＝１４０ｍｍといった優れた結果が得られた。

自動制御装置１０は以下のように動作する。当然のことながら、初めに、分布が不均一であって幅が必ずしも正確でない（概して狭すぎる）トウＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄがトウ送りモジュール１２から抽出され、次いで、自動制御装置で形成された繊維シートＮがトウを駆動するためのトウ駆動モジュール１４内に導入される場合を想定する。各トウは、連続して、第１センタリングバー１１０を通過し、次いで、初期位置において基準値に対応する湾曲部分を有している関連の調整バー１１２を通過し、最後に、第２センタリングバー１２４を通過する。この初期位置において、すなわち、繊維シートが連続的に駆動される前に、各検出器は、所定の固定基準フレームに対するトウの正確な位置に関する正確な情報を供給し、この位置を監視する。この情報は各トウの長手方向に延びる２つの縁の各々の位置を含み、これら位置からトウ幅が推定される。４つ全てのセンサからの情報を利用して、シート全幅に関する初期値Ｎ０と、様々な重合わせに関する３つの初期値（同一であり得る）、すなわち、トウＡ、Ｂ間の重合わせに関するＲ１０、トウＢ、Ｃ間の重合わせに関するＲ２０、および、トウＣ、Ｄ間の重合わせに関するＲ３０とを決定し、同様に、トウの個々の幅に関する４つの初期値ＬＡ０、ＬＢ０、ＬＣ０、ＬＤ０を決定することができる。これら初期値およびそれに続いて測定される値Ｎｉ、Ｒｉ、Ｌｉと、所定の基準値とを比較することによって、プロセッサ手段１３４により調整が実行される。

このリアルタイム調整は連続する３つの優先レベルを適用しつつ実行され、最も高い優先事項は、繊維シートの全幅を操作者によって入力される基準幅に一致させることにある。このために、最も外側に位置するトウＡ、Ｄは、これらトウの最も外側の縁が所望のシート幅Ｎｃを画定するように最初に調整される。この調整は、２つのスライダの位置と、これら最も外側の２つのトウを支持する２つの調整バーの位置との両方に基づく。その後、中央のトウＢ、Ｃのそれぞれの縁部が互いに重なり合い、且つ、操作者によって同様に入力される名目上の基準重合わせＲ１ｃ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｃに一致して略同様の方法で最も外側のトウの内側の縁部に重なり合うように、中央のトウＢ、Ｃを調整することによって、重合わせがバランスされる。ここでも、調整は、２つのスライダの位置と、これら中央の２つのトウを支持する２つの調整バーの位置との両方に基づく。最後に、個々のトウ幅が制御装置によって規定された個々の基準幅Ｌｃに整合するように、全てのスライダの位置と、中央のトウおよび最も外側のトウを支持する全ての調整バーの位置に基づいた調整が行われる。なお、個々のトウの幅も、同様に、基準重合わせに調整されるが、最も優先されるシート全幅の調整が犠牲となる程度までは調整されない。

図示した例では、検出器１２８が第２センタリングバー１２４に近接している場合には、スライダの移動によるトウ位置の補正はトウ位置に対して即座に効果を奏する。一方、検出器と調整バー１１２との間には距離（位置オフセット）があり、トウを構成する繊維ヤーンが直ちには延反しないので、調整バーの枢動によるトウ幅の補正には時間遅れが伴い、このことが前記距離およびシートの前進速度の両方を認識してそれらを内部パラメータとして規定することが必要である理由である。

繊維シートの延反を自動制御するための本発明の装置の概略側面図である。 図１の面ＩＩの図面である。 図１の面ＩＩＩの図面である。 図１の面ＩＶの図面である。 本発明の装置を制御する様々な電子モジュールの図面である。

Claims (12)

1. 駆動モジュール（１４）に送るためのトウ送りモジュール（１２）から到来する複数のトウから構成される繊維シートの延反を自動制御するための装置において、互いの側面側に配置され互いの縁が重なっている、複数のトウの各々の長手方向に延びる縁の位置を測定するための位置測定手段（１２８）と、各トウの幅を個別に調整するための調整手段（１１２〜１１６）と、トウの前進方向に対して垂直方向に各トウの位置を個別に調整するための調整手段（１１８）と、前記位置測定手段に応答して繊維シートの幅および位置が所定の幅および位置となるように前記調整手段を制御するためのデジタルプロセッサ手段（１３４）とを具備することを特徴とする装置。
2. 各トウの長手方向に延びる縁の位置を測定するための前記手段が検出器（１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄ）を有しており、該検出器は、複数の受光ダイオード（１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ）に整列するように配置された複数の発光ダイオード（１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ）であって前記受光ダイオードとの間を測定されるべき各トウが通過するようになっている発光ダイオードから構成された線形光学センサを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 各トウの長手方向に延びる縁の位置を測定するための前記手段が繊維シート上方に配置されたデジタルカメラを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 各トウの幅を個別に調整するための前記手段が湾曲調整バー（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ）を有し、第１アクチュエータ（１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ）によって駆動される枢軸（１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ）を中心とする前記湾曲調整バーの枢動が該湾曲調整バーの中央の湾曲部分の位置を修正し、これによって、前記湾曲調整バーを通過するトウの幅に作用することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. トウの前進方向に対して垂直方向に各トウの位置を個別に調整するための前記手段がベルクランク（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）に作用する第２アクチュエータ（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ）と、トウを支持するスライダ（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ）を移動するための接続ロッド（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータが前記デジタル処理手段によって直接作動される電気制御式アクチュエータであることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
7. 前記デジタル制御手段がマイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御装置を有し、該マイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御装置が繊維シートの幅および位置を所定の基準値に基づいて調整するように各トウの幅および位置を調整するための前記第１および第２のアクチュエータを前記位置検出器によって行われた前記測定に基づいて制御することを特徴とする請求項２または６に記載の装置。
8. 前記所定の基準値がシート全幅Ｎｃと、トウ間の名目上の重合わせＲｃと、個々のトウ幅Ｌｃとを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記シート全幅と名目上の重ね合わせとに関係する基準値のみが操作者によって前記デジタルプロセッサ手段に供給され、個々のトウ幅に関係する基準値が操作者によって供給された前記基準値に基づいて前記デジタルプロセッサ手段によって自動計算されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 複数のトウから構成される繊維シートの延反を自動制御するための方法であって、最初に、検出手段（１２８）を使用して各トウの長手方向に延びる縁の位置を測定し、マイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御装置（１３４）を使用して各トウの個々の幅値Ｌｉと、トウ間の重合わせ値Ｒｉと、繊維シートの全幅値Ｎｉとを推定し、その後、前記マイクロコンピュータまたはプログラム可能な制御装置がこれら測定値と、それぞれ対応する所定の基準値Ｌｃ、Ｒｃ、Ｎｃとを比較し、最後に、アクチュエータ手段（１１６、１１８）を使用して測定値と基準値とを整合させるように各トウの幅および位置を個別に制御し、繊維シートの幅および位置を所定の幅および位置とする方法。
11. 各トウの幅および位置が３つの連続する優先レベルの関数として個別に制御され、第１に、繊維シートの全幅が前記所定の基準値Ｎｃに調整され、第２に、トウ間の重合わせが所定の基準重合わせ値Ｒｃに一致するようにバランスされ、最後に、各トウの個々の幅が前記所定の基準値Ｌｃに一致するように調整されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. トウの長手方向に延びる縁の位置が各トウの幅を制御するための前記アクチュエータ（１１６）の位置からずれた位置で測定されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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