JP4758070B2 - Method and apparatus for measuring spread width of fiber bundle - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維などの多数の細い繊維を扁平に広げて形成する繊維束の開繊幅測定方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the spread width of a fiber bundle formed by flattening a large number of thin fibers such as carbon fibers.
従来から、FRP(Fiber Reinforced Plastic)と呼ばれる繊維強化複合材料には、炭素繊維束が扁平な形態に広げられて使用されている(たとえば、特許文献1参照。)。炭素繊維などの有機繊維やガラス繊維などの無機繊維は、強化用繊維として、軽量であっても長手方向の引張強度が大きいものが使用される。したがって、合成樹脂などのマトリクス中に強化繊維を埋込めば、繊維の長手方向の強度を強化することができる。炭素繊維は、製法上、多数の細い繊維が同時に製造される。したがって、たとえば数μm〜10数μm程度の直径を有する単糸を数千本〜数万本集束した状態で販売されている。集束した状態の炭素繊維は、撚りがなく、糸幅が数mmである扁平な帯状の形態となる。 Conventionally, carbon fiber bundles are used in a fiber reinforced composite material called FRP (Fiber Reinforced Plastic) in a flat shape (see, for example, Patent Document 1). Organic fibers such as carbon fibers and inorganic fibers such as glass fibers are used as reinforcing fibers having high tensile strength in the longitudinal direction even if they are lightweight. Therefore, if the reinforcing fibers are embedded in a matrix such as a synthetic resin, the strength in the longitudinal direction of the fibers can be enhanced. Many thin fibers are produced simultaneously in the production process of carbon fibers. Therefore, for example, several thousand to several tens of thousands of single yarns having a diameter of about several μm to several tens of μm are sold. The converged carbon fiber is not twisted and has a flat band shape with a yarn width of several mm.
炭素繊維などを面方向の強化に使用する場合、異なる方向の繊維を布状に交差させなければならない。繊維束が扁平な帯状であっても、厚みがあれば、交差部分で繊維が屈曲し、強度を低下させるおそれがある。このため、繊維束の扁平な状態をさらに広げる開繊処理が行われる(たとえば、特許文献2および特許文献3参照。)。開繊処理によって、集束している繊維束は、幅が数倍に広がり、厚みが対応して減少する。
When carbon fiber or the like is used for reinforcement in the surface direction, fibers in different directions must be crossed in a cloth shape. Even if the fiber bundle is a flat belt-like shape, if the fiber bundle is thick, the fiber bends at the intersecting portion, which may reduce the strength. For this reason, the fiber-opening process which further expands the flat state of a fiber bundle is performed (for example, refer
繊維束を開繊して織物などを製造する場合、開繊の状態によって幅が変動すると、製織される織物の特性が大きく変化してしまう。したがって、開繊状態を幅で充分に管理することが必要となる。特許文献1の図1には、強化繊維マルチフィラメント糸の集束性の程度を表すフックドロップ値FDの測定装置が記載されている。マルチフィラメント糸は1000mmの長さで採取され、少なくとも上端をクランプで固定した状態で、予め定める形状および重量の金属フックを使用してフックドロップ値FDを測定する。金属フックには重りを付加し、全体がたとえば15gとなるようにする。
When a fiber bundle is opened to produce a woven fabric or the like, if the width varies depending on the opened state, the characteristics of the woven fabric will be greatly changed. Therefore, it is necessary to sufficiently manage the spread state by width. FIG. 1 of
特許文献1のようなフックドロップ値は、連続的に測定することはできない。また、開繊状態の幅を直接測定するものではない。開繊状態は、細い繊維の束が扁平な形態に広げられている状態であるので、測定器具を直接接触させると、接触部分が変形してしまい、正確な測定を行うことができない。非接触の測定方法としては、光学的に、たとえば光を遮る部分の幅として測定することが考えられる。しかしながら、開繊状態の繊維束には、幅方向に疎の部分と密の部分とが生じたり、不規則な空隙が生じたりするので、光を遮る状態にも不連続な部分が生じ、幅を正確に測定することができない。
The hook drop value as in
本発明の目的は、繊維束の幅を正確に測定することができる繊維束の開繊幅測定方法および装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fiber bundle spread width measuring method and apparatus capable of accurately measuring the width of a fiber bundle.
本発明は、扁平な形態に広げる開繊処理後の繊維の束を、巻取機構により巻取って搬送し、引張力調整機構により調整された予め定める張力を付加して引張りながら、撮像手段により撮像された繊維の束の画像に基づいて、繊維の束の開繊幅を測定する方法であって
、
前記引張力調整機構が、前記巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ前記撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられ、
前記撮像手段により撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、
検出される両端間の距離として、開繊幅を測定することを特徴とする繊維束の開繊幅測定方法である。
The present invention, a bunch of textiles after opening process to broaden the Bian flat form, transported and wound by the winding mechanism, while pulling by adding tension predetermined adjusted by tension adjusting mechanism, imaging A method for measuring the spread width of a bundle of fibers based on an image of a bundle of fibers imaged by a means ,
The tensile force adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle from the winding mechanism, and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle from the imaging means,
Based on the image picked up by the image pickup means , both ends in the width direction are detected from the outside of the fiber bundle,
An opening width measurement method for a fiber bundle, wherein the opening width is measured as a distance between both ends to be detected.
本発明に従えば、測定対象となる繊維の束に、引張力調整機構により調整された予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。撮像手段により撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。また、引張力調整機構が、巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられる。 According to the present invention, an image of the fiber bundle is taken while applying a predetermined tension adjusted by the tensile force adjusting mechanism to the bundle of fibers to be measured. The state image can be taken without contact. Since both ends in the width direction are detected from the outside of the fiber bundle based on the image picked up by the image pickup means, there are sparse or dense parts or voids inside the fiber bundle. Both ends can be detected from the outside. Since the spread width is measured as the distance between both ends to be detected, the width of the fiber bundle in the opened state can be accurately measured. Further, the tension adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the winding mechanism, and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the imaging means.
さらに本発明は、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する装置であって、
繊維の束を巻取って搬送する巻取機構と、
繊維の束に予め定める張力をかけて保持する保持手段であって、繊維の束に付加する張力を調整する引張力調整機構を備える保持手段と、
保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段と、
撮像手段によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段とを含み、
前記引張力調整機構が、前記巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ前記撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられることを特徴とする繊維束の開繊幅測定装置である。
Furthermore, the present invention is an apparatus for measuring the width after the fiber spreading process for spreading a bundle of fibers into a flat form,
A winding mechanism for winding and conveying a bundle of fibers;
Holding means for applying a predetermined tension to the bundle of fibers, the holding means including a tensile force adjusting mechanism for adjusting the tension applied to the bundle of fibers ;
Imaging means for capturing an image of a bundle of fibers held by the holding means;
In the processing of an image captured by the imaging means, the outer from the both widthwise ends of the bundle of fibers respectively detected as the distance between the two ends, seen including a processing means for calculating an open 繊幅,
The opening width of the fiber bundle, wherein the tension adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the winding mechanism and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the imaging means. It is a measuring device.
本発明に従えば、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する装置は、巻取機構と、保持手段と、撮像手段と、処理手段とを含む。繊維の束に付加する張力を調整する引張力調整機構を備える保持手段が、測定対象となる繊維の束に予め定める張力を付加して引張りながら、撮像手段で繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。処理手段は、撮像手段によって撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。処理手段は、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。また、引張力調整機構は、巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられる。
According to the present invention, an apparatus for measuring a width after a fiber opening process that spreads a bundle of fibers into a flat form includes a winding mechanism, a holding unit, an imaging unit, and a processing unit. Holding means comprising a tension adjusting mechanism for adjusting the tension to be added to the bundle of fibers, while pulling by adding pre-determined tension to the fiber bundle to be measured, since an image of the bundle of fibers with the imaging means The image in the opened state under a constant tension can be taken without contact. Since the processing means detects both ends in the width direction from the outside of the fiber bundle based on the image picked up by the image pickup means, a sparse part or a dense part exists inside the fiber bundle, Even if exists, both ends can be detected from the outside. Since the processing means measures the spread width as the distance between both ends to be detected, the width of the fiber bundle in the spread state can be accurately measured. The tensile force adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the winding mechanism and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the imaging unit.
また本発明で、前記保持手段は、前記繊維の束を、長手方向に連続的に走行させながら保持し、
前記撮像手段は、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、
前記処理手段は、前記開繊幅の算出を、予め定める周期で行い、
処理手段による開繊幅の算出結果を記録する記録手段を、さらに含むことを特徴とする。
In the present invention, the holding means holds the fiber bundle while continuously running in the longitudinal direction,
The imaging means continuously captures images of the traveling fiber bundle,
The processing means performs the calculation of the spread width at a predetermined cycle,
It further includes recording means for recording the result of calculation of the spread width by the processing means.
本発明に従えば、保持手段によって、繊維の束を長手方向に連続的に走行させながら保持し、撮像手段によって、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、処理手段によって、開繊幅の算出を予め定める周期で行い、記録手段に処理手段の算出結果を記録するので、長い繊維束に対する開繊幅の測定を連続的に行い、測定結果を記録することができる。 According to the present invention, the holding means holds the fiber bundle while continuously running in the longitudinal direction, the imaging means continuously takes images of the running fiber bundle, and the processing means takes the spread width. Is calculated at a predetermined cycle, and the calculation result of the processing means is recorded in the recording means. Therefore, the measurement of the spread width for a long fiber bundle can be continuously performed and the measurement result can be recorded.
本発明によれば、一定の張力下における繊維の束の画像に基づき、非接触で開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。 According to the present invention, the spread width is measured in a non-contact manner based on the image of the fiber bundle under a constant tension, so that the width of the fiber bundle in the spread state can be accurately measured.
さらに本発明によれば、保持手段で繊維の束に予め定める張力を付加して引張りながら、撮像手段で繊維の束の画像を撮像し、処理手段で繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出して、両端間の距離としての開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、非接触で、正確に測定することができる。 Furthermore, according to the present invention, while applying a predetermined tension to the fiber bundle by the holding means and pulling, an image of the fiber bundle is taken by the imaging means, and both ends in the width direction are taken from the outside of the fiber bundle by the processing means. Since each is detected and the spread width as a distance between both ends is measured, the width of the fiber bundle in the spread state can be accurately measured without contact.
また本発明によれば、繊維の束を長手方向に連続的に走行させながら、予め定める周期で開繊幅の測定を行い、記録手段に記録することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to measure the spread width at a predetermined cycle while continuously running a bundle of fibers in the longitudinal direction and record the result on a recording means.
図1は、(a)で、本発明の実施の一形態としての開繊幅測定装置1の概略的な構成を示す。開繊幅測定装置1は、フレーム2でカメラ3を支持する。カメラ3は、下方に向けられる視野を有する。視野内には、開繊糸4がカメラ3の光軸に垂直な平面に沿って広がる平坦な状態で搬送される。搬送方向の上流側および下流側には前方ロール5および後方ロール6がそれぞれ設けられる。搬送される開繊糸4に対しては、後方ロール6の下流側に設けられる引張力調整機構7で張力の調整が行われ、予め定める張力で引張られる。引張力調整機構7の下流側には、巻取機構8が設けられ、開繊糸4を巻取る。前方ロール5の上流側には、中継ロール9が設けられ、開繊装置などから開繊糸4が供給される。カメラ3が撮像する開繊糸4の画像は、処理装置10に入力され、開繊幅が画像処理によって測定される。
FIG. 1A shows a schematic configuration of a spread
図1の(b)は、カメラ3で撮像される開繊糸4の画像を示す。開繊糸画像は、複数の単糸画像11,12,13,…,1nが不規則に並べられて形成される。処理装置10では、幅方向の両端の単糸11および単糸1nをそれぞれ検出する。単糸画像11,1nは、画像の幅方向に沿って、外側から単糸画像11,12,13,…,1nに接近するときに、最初に検出される最も外側の単糸画像である。たとえば基準の幅をカメラ3で撮像し、画面上での対応する幅を求めておけば、単糸画像11,1n間の像上での距離を、開繊糸4の幅に換算することができる。
FIG. 1B shows an image of the
すなわち、開繊幅測定装置1は、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する方法を実行している。開繊幅測定方法は、測定対象となる繊維の束である開繊糸4に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像し、撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定する。測定対象となる繊維の束に、予め定める張力を付加して引張りながら、繊維の束の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、繊維の束の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。
In other words, the spread
図2は、図1の処理装置10に関する電気的な構成を示す。処理装置10は、CPU20を有し、ROM21に予め設定されているプログラムに従って動作する。CPU20がプログラムに従って動作する際には、RAM22をワークエリアなどとして利用する。カメラ3によって撮像される画像は、A/D変換器23でアナログ信号からデジタル信号に変換され、画像メモリ24に記憶される。CPU20は、タイマ25によって起動される一定の周期毎に、画像メモリ24に記憶される開繊糸4の画像を処理し、図1(b)のような幅方向の両端の単糸画像11,1nの間の距離として、開繊幅を算出する。算出結果は、インタフェース26を介して、記録計27に入力され、記録される。記録計27は、入力データをたとえばグラフとして記録紙に連続的に記録する。データロガーなどに、データの状態で記録することもできる。CPU20は、図1(a)の巻取機構8を駆動するモータ28に対する制御も行う。
FIG. 2 shows an electrical configuration relating to the
図3は、図1の開繊幅測定装置1で開繊糸4の開繊幅を連続的に測定する際の概略的な手順を示す。ステップs0から手順を開始し、ステップs1では、開繊糸4の準備を行う。開繊糸4の準備は、開繊糸4の先端を、開繊幅測定装置1の中継ロール9、前方ロール5、後方ロール6、引張力調整機構7および巻取ロール8に順次装着するようにして行う。
FIG. 3 shows a schematic procedure for continuously measuring the spread width of the
ステップs2以降は、CPU20による制御手順となる。ステップs2では、モータ28を駆動して、開繊糸4の巻取りを開始する。ステップs3では、搬送される開繊糸4の画像をカメラ3で撮像する。ステップs4では、撮像されている開繊糸4の画像上で、幅方向の外側から一端の位置を検出する。ステップs5では、撮像されている開繊糸4の画像の幅方向の外側から他端の位置を検出する。ステップs6では、一端と他端との間の距離を求め、予め求められている換算用の関係に従って開繊幅を算出する。ステップs7では、算出結果を記録計27に記録する。ステップs8では、測定終了か否かを判断する。一定の長さについての測定が終了したり、新たな開繊糸4が供給されなくなると終了する。ステップs8で測定終了ではないと判断するときには、ステップs3に戻る。以下、タイマ24によって規定される周期毎に、ステップs3の撮像を行い、開繊幅の測定を行う。ステップs9で測定終了と判断するときは、ステップs10でCPU20による処理手順を終了する。
After step s2, the control procedure is performed by the
図4は、開繊糸4に対して連続的に開繊幅を測定する位置を示す。開繊糸の画像30に対して、タイマ25に設定される時間と、モータ28による開繊糸4の搬送速度とに基づいて、測定用の仮想的な走査線31,32,33,…が設定される。処理装置10は、各走査線31,32,33,…に沿って、幅方向の一端側の外側から移動して、最初に画像が検出される位置31a,32a,33a,…を、それぞれ一端側の位置と判断する。次に、幅方向の他端側の外側から走査線31,32,33,…に沿って移動して、最初に画像が検出される位置31b,32b,33b,…を、それぞれ他端側の位置と判断する。一端側の位置31a,32a,33a,…と他端側の位置31b,32b,33b,…との間の距離が開繊幅となる。
FIG. 4 shows the position at which the spread width is continuously measured with respect to the
すなわち、開繊幅測定装置1は、繊維の束である開繊糸に予め定める張力をかけて保持する保持手段としての前方ロール5、後方ロール6、引張力調整機構7および中継ロール9を含む。このような保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段としては、カメラ3が設けられる。撮像手段であるカメラ3によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段としては、処理装置10が設けられる。
That is, the spread
さらに、繊維の束を扁平な形態に広げる開繊処理後の幅を測定する開繊幅測定装置1は、引張力調整機構7などの保持手段が測定対象となる繊維の束である開繊糸4に予め定める張力を付加して引張りながら、カメラ3で開繊糸4の画像を撮像するので、一定の張力下における開繊状態の画像を、非接触で撮像することができる。処理装置10は、カメラ3によって撮像される画像に基づき、開繊糸4の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出するので、開繊糸4の内側に、疎な部分や密な部分が存在したり、空隙が存在しても、両端を外側からそれぞれ検出することができる。処理装置10は、検出される両端間の距離として、開繊幅を測定するので、開繊状態の繊維の束の幅を、正確に測定することができる。
Furthermore, the spread
なお、開繊状態測定装置1では、繊維の束を、長手方向に連続的に走行させながら保持し、カメラ3で、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、処理装置10は、開繊幅の算出を、予め定める周期で行うようにしているので、処理装置10による開繊幅の算出結果を記録計27などに記録することができる。ただし、このような連続的な測定や記録が不要であれば、処理や構成を簡略化することができる。
The fiber opening
また、開繊糸4として炭素繊維を対象としている場合を示しているけれども、他の有機繊維や無機繊維でも同様に開繊幅を測定することができる。
Moreover, although the case where the carbon fiber is made into object as the
1 開繊幅測定装置
3 カメラ
4 開繊糸
5 前方ロール
6 後方ロール
7 引張力調整機構
8 巻取機構
9 中継ロール
10 処理装置
11,12,13,…,1n 単糸画像
20 CPU
24 画像メモリ
25 タイマ
27 記録計
30 開繊糸の画像
31,32,33,… 走査線
DESCRIPTION OF
24 Image memory 25 Timer 27 Recorder 30 Opened yarn image 31, 32, 33,... Scanning line
Claims (3)
前記引張力調整機構が、前記巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ前記撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられ、
前記撮像手段により撮像される画像に基づき、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、
検出される両端間の距離として、開繊幅を測定することを特徴とする繊維束の開繊幅測定方法。 A bundle of textiles after opening process to broaden the Bian flat form, transported and wound by the winding mechanism, while pulling by adding tension predetermined adjusted by tension adjusting mechanism, by the image pickup means A method for measuring the spread width of a bundle of fibers based on the image of the bundle of fibers ,
The tensile force adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle from the winding mechanism, and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle from the imaging means,
Based on the image picked up by the image pickup means , both ends in the width direction are detected from the outside of the fiber bundle,
A method for measuring the spread width of a fiber bundle, wherein the spread width is measured as a distance between both ends to be detected.
繊維の束を巻取って搬送する巻取機構と、
繊維の束に予め定める張力をかけて保持する保持手段であって、繊維の束に付加する張力を調整する引張力調整機構を備える保持手段と、
保持手段によって保持される繊維の束の画像を撮像する撮像手段と、
撮像手段によって撮像される画像の処理で、繊維の束の外側から幅方向の両端をそれぞれ検出し、両端間の距離として、開繊幅を算出する処理手段とを含み、
前記引張力調整機構が、前記巻取機構よりも繊維の束の搬送方向上流側、かつ前記撮像手段よりも繊維の束の搬送方向下流側に設けられることを特徴とする繊維束の開繊幅測定装置。 An apparatus for measuring the width after the fiber spreading process to spread a bundle of fibers into a flat form,
A winding mechanism for winding and conveying a bundle of fibers;
Holding means for applying a predetermined tension to the bundle of fibers, the holding means including a tensile force adjusting mechanism for adjusting the tension applied to the bundle of fibers ;
Imaging means for capturing an image of a bundle of fibers held by the holding means;
In the processing of an image captured by the imaging means, the outer from the both widthwise ends of the bundle of fibers respectively detected as the distance between the two ends, seen including a processing means for calculating an open 繊幅,
The opening width of the fiber bundle, wherein the tension adjusting mechanism is provided on the upstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the winding mechanism and on the downstream side in the transport direction of the fiber bundle with respect to the imaging means. measuring device.
前記撮像手段は、走行する繊維束の画像を連続的に撮像し、
前記処理手段は、前記開繊幅の算出を、予め定める周期で行い、
処理手段による開繊幅の算出結果を記録する記録手段を、さらに含むことを特徴とする請求項2記載の繊維束の開繊幅測定装置。 The holding means holds the bundle of fibers while continuously running in the longitudinal direction,
The imaging means continuously captures images of the traveling fiber bundle,
The processing means performs the calculation of the spread width at a predetermined cycle,
The apparatus for measuring a spread width of a fiber bundle according to claim 2, further comprising recording means for recording a calculation result of the spread width by the processing means.
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