JP5469154B2 - 光ファイバのマーク検出装置及びその検出方法 - Google Patents
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Description
ところで、マークが素線に所定幅かつ所定間隔で正しく付けられている否かについては製造時にマークを検出してその検出結果から良否判定をすることが必要で、その検出は生産効率の観点から、素線の製造工程内で高速で精度よく行われることが望まれる。
そのためには、光ファイバをロールに巻き取った後ではなく、インラインでマークを検出できるとよい。具体的には、素線の製造工程におけるマーク付与工程とその後のロールへの巻き取り工程との間で検出できるとよい。
しかしながら、インラインでのマーク検出は、素線製造時の巻き取り速度の高速化に適応した良好な検出手法が、以下の要望をすべて満たすことができないことから未だ確立してなく、その手法確立が望まれている。
また、素線は極めて細径であり、例えば直径が240μm程度しかない。この素線においては、検出するマークの面積が極小なので、検出装置は、二次元的に高い分解能を有することも必要である。
また、検出装置は、当然にできるだけ安価に構成されることが望まれる。
また、マーク付与工程と巻き取り工程との間で、素線は空中を高速移動しており、高速移動に伴って少なからず線ぶれが発生している。素線が特に上述のような極細線の場合、わずかな線ぶれでもマークの位置は大きくずれるので、このマークの大きな位置ぶれにも対応できる検出装置及び検出方法であることが必要である。
従来、これらの条件をすべて満たして検出を良好に行える装置や方法は存在せず、その具現化が期待されているのが実情である。
1)光ファイバの素線(21)に付与されたマーク(M)を検出する光ファイバのマーク検出装置であって、
レーザ光(LS1)を出光する出光部(11a)及びレーザ光(LS2)を受光する受光部(11b)を有し、前記受光部(11b)で受光した前記レーザ光(LS2)の強度に応じた信号を出力する検出部(11)と、
レーザ光を反射する底面(12b)を有する溝部(12a)が設けられた素線案内部材(12)と、を備え、
前記検出部(11)は、前記素線(21)を前記素線案内部材(12)の前記溝部(12a)内における前記底面(12b)に接触させた状態で、前記素線(21)を間にして前記素線案内部材(12)と対向すると共に、前記出光部(11b)からのレーザ光(LS2)が少なくとも前記素線(21)に照射され、
前記素線案内部材(12)に対し前記出光部(11a)から出射されたレーザ光(LS1)の内の少なくとも一部が、前記底面(12b)で反射して前記受光部(11b)で受光される位置に配置されていることを特徴とする光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
2)前記底面(12b)は、前記素線(21)の延在方向に直交する断面において直線となる面として形成されていることを特徴とする1)に記載の光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
3)前記検出部(11)は、3) 前記溝部(12a)の内側の側面(12a1,12a2)が、前記素線(21)の延在方向に対して直交し、かつ前記底面(12b)に沿う方向の移動を規制することを特徴とする1)又は2)に記載の光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
4)前記素線案内部材(12)は、所定の一軸(CL12)まわりに回転するよう軸支された回転部材であることを特徴とする1)〜3)のいずれか一つに記載の光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
5)前記素線案内部材(12)は、所定の経路で循環移動可能とされた帯状の無端部材であることを特徴とする1)〜3)のいずれか一つに記載の光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
6)前記素線案内部材(12)は、金属で形成されていることを特徴とする1)〜4)のいずれか一つに記載の光ファイバのマーク検出装置(KS)である。
7)光ファイバの素線(21)に付与されたマーク(M)をインラインで検出する光ファイバのマーク検出方法であって、
前記素線(21)に前記マーク(M)を付与するマーク付与工程よりも下流において、レーザ光(LS1)を反射する反射面を底面(12b)とする溝部(12a)を有する素線案内部材(12)の前記溝部(12b)に対し、前記素線(21)を前記底面(12b)と接触する位置に進入させた状態で前記素線(21)をその延在方向に移動させるステップと、
反射型レーザセンサ(11)により、移動中の前記素線(21)及び前記素線案内部材(12)の前記底面(12b)に向けレーザ光(LS1)を照射すると共に前記レーザ光(LS1)の反射光(LS2)の強度を測定するステップと、
を含むことを特徴とする光ファイバのマーク検出方法である。
図1は、本発明の光ファイバのマーク検出装置の実施例であるマーク検出装置KSをインラインにて備えた光ファイバの製造工程の一部を示す概略図である。製造される光ファイバ21は、コア及びクラッドからなる素線である。以下、単に素線21とも称する。素線21の外径は、例えば約0.24mmである。
図1では、上流の工程において母材から引き延ばされて形成された素線21が、ファイバ送出部1から案内ローラ1aを介して矢印DR1方向に送出されており、その素線21に対してマークを付与するマーク付与部3と、マーク付与部3でマークが付与された素線21を巻き取る巻き取りローラ2とを含む工程が示されている。素線21の巻き取り速度は、例えば340m/分である。巻き取りローラ2を、巻き取りボビンとしてもよい。
ガイドコロ12は、移動する素線21に接触して回転し、素線21に対し下方側から付勢して所定のテンションを付与すると共に、素線21の移動で生じるぶれ(位置ずれ)を抑制し、所定の位置に案内するようになっている。このガイドコロ12の詳細は後述する。
また、マーク検出装置KSの近傍下流側には、押さえコロ4が配設されている。押さえコロ4は、移動する素線21に接触して回転し、素線21に対し上方側から付勢して所定のテンションを付与する
印字ヘッド3aは、通過する素線21の表面に対し、インクを、所定の幅で一周するリング状のマークM(図2参照)として付着させる。
また、印字ヘッド3aは、素線21に対し、マークMを素線21の延在方向の所定の間隔で付与する。マークMをリング状に付着させる方法及び付着させるための印字ヘッドの形状は限定されるものではない。
このマークMの所定の幅及び所定の間隔は、素線21の種類に応じて設定されるので、付与されたマークMにより、素線21の種類を特定することができる。
印字ヘッド3aの印字動作は、制御部13により制御される。
図2には、素線21の、隣接する二つのマークM1,M2を含む範囲が示されている。マークMに対する素線21の太さは理解容易のために誇張して拡径表示されている。
マークM1,M2における所定の幅はそれぞれh1,h2であり、ここではh1=h2とされている。h1は例えば4mmである。また、マークMの所定の間隔はピッチP1で示され、例えば50mmである。
マークMの色は、例えば黒であり、マークMを形成するインクは、マーク検出装置KSにおける検出部11から照射されるレーザ光LS1(図3参照)を良好に吸収してその強度を低下させる性質を有する。
検出部11は、反射型のレーザセンサであり、市販の汎用品を利用することができる。レーザセンサは、出射するレーザ光のスポット径が例えば約1mmのものを利用できる。
検出部11は、その出光部11aからレーザ光LS1を所定方向に出射し、出射したレーザ光LS1が対象物に当たって反射した反射光であるレーザ光LS2を受光部11bで受光し、受光した光の強度を電圧値とした検出信号SG1をケーブル11cを介して外部に出力する。
図3に示されるように、マーク検出装置KSにおいて、検出部11は、出射したレーザ光LS1がガイドコロ12に向け照射されるように配置されている。詳しくは、レーザ光LS1は、素線21及びガイドコロ12に向け照射される。
また、制御部13には、素線21の移動速度の情報を示す速度信号SG2が、外部から供給されている。
ガイドコロ12は、素線21の移動方向(延在方向)と直交する方向に延びる回動軸線CL12まわりに回転自由とされている。
ガイドコロ12は、断面形状において、厚さ方向の中央部に、全周にわたって角度θかつ深さH1で抉られた周溝部12aを有している。周溝部12aの底面12bは、回動軸線CL12に平行で幅D1なる周面とされている。
ガイドコロ12は、例えば金属で形成されている。金属の場合の材質例は、ステンレスやアルミニウムである。
底面12bは、レーザ光を良好に反射する反射面とされる。これは、後述のように、検出部11からのレーザ光LS1を反射する必要があることによる。
ガイドコロ12の材質が金属であれば、底面12bは切削した面のままでもよい。材質が金属の内のアルミ二ウムであれば、アルマイト処理を施してもよい。底面12bは、レーザ光を良好に反射させるため、光沢面とされているとよく、さらに鏡面とされているとより良い。
ガイドコロ12を樹脂で形成した場合は、底面12bを良好な反射面とするために、底面12bに対し、メッキを施す、あるいは、反射テープ等の別部材を貼付等で取り付ける、とよい。
底面12bの幅D1は、素線21の直径よりわずかに大きい程度にまで狭めてもよい。ガイドコロ12の周溝部12aに進入させ得る素線21の直径に幅がある場合は、その最大直径にばらつき等を吸収するための余裕分を加えた幅とするのがよい。
一般に、素線の製造工程では、空中移動している素線21にはぶれが少なからず生じ、その位置は必ずしも安定してしない。特に、上述した340m/分の高速移動になると、ぶれの程度は拡大し、偶発的に特に大きく位置がずれる場合がある。
これに対し、マーク検出装置KSでは、素線21がガイドコロ12の周溝部12a内に進入して移動するようになっており、周溝部12aの側壁面12a1,12a2(図4参照)によって、素線21の回動軸線CL12に沿う方向の位置ずれが極めて良好に抑制されると共に所定の位置へ戻るように案内誘導される。
すなわち、ガイドコロ12は、素線21の線ぶれを抑制する線ぶれ抑制部YBとしての機能も有し、素線21の位置がずれた際に、所定の位置に戻るよう案内誘導する素線案内部材SAとしての機能も有する。
移動する素線21は、ガイドコロ12の周溝部12a及び押さえコロ4の周溝部4a内を通過する際に、下方側からはガイドコロ12により、また、上方側から押さえコロ4により付勢されて所定のテンションが付与される。
従って、ガイドコロ12及び押さえコロ4は、移動する素線21がそれぞれの底面12b,4bに接触して滑りなく回転する。
仮に、移動する素線21が偶発的にぶれても、上述のように、側壁面12a1,12a2によってそのぶれによる移動が規制され、底面12bに接触する所定の位置に戻るよう誘導される。
ここで、素線21の位置が最もずれたとしても、(図5の破線で示される位置)、素線21の一部がレーザ光LS1の光束に含まれるように、周溝部12aの形状及び寸法と、レーザ光LS1の光束径(スポット径)と、が設定されている。
素線21の一部のみが光束内に含まれる状態は、素線21の高速移動に伴うぶれが偶発的に大きくなった場合に限られ、通常は、素線21の全体が光束に含まれるように各寸法等が設定される。
従って、出光部11aから出射したレーザ光LS1の内、素線21におけるマークMが付与されていない部位に照射された分は、そのまま素線21の内部を通過して外部に出光し底面12bに到達する。
底面12bに到達したレーザ光LS1は、底面12bで反射してレーザ光LS2として検出部11に向けて進行する(図3も参照)。
その際、反射したレーザ光LS2の一部が受光部11bに達する。この受光部11bに達したレーザ光LS2の内の一部は直接であり、残りは素線21を通過して外部に出光したレーザ光である。
具体的には、マークMは外周面を一周するリング状に付与されているので、レーザ光LS1は、素線21の検出部11側の入光面と、検出部11とは反対側の出光面との2回、インクにより吸収される機会がある。
素線21に照射されずに直接底面12bに到達し、底面12bで反射したレーザ光LS2の内、素線21のマークMに当たったレーザ光も、マークMを形成しているインクに入射の際と出光の際との2回にわたり吸収され得るので、ほとんど素線21を通過しない。
従って、マークMがレーザ光LS1の光束内に進入している状態において、底面12bで反射して受光部11bに達するレーザ光LS2の強度LMは、マークMがレーザ光LS1の光束内に進入していない状態での強度Lと比較して、極めて小さい。
強度LMと強度Lとの差分は、マークMを黒色のリング状とした場合、マークMの有無,幅,及びピッチを検出するに極めて充分である。
図6は、検出部11から出力された検出信号SG1の時間変化を示したグラフである。縦軸は電圧Vであり、受光部11bで受光したレーザ光LS2の強度に対応する。横軸は時間tである。
図6からわかるように、時間t1〜t2及び時間t3〜t4で、他の時間における電圧V1よりも低い電圧V2が出力されている。電圧V1は、強度Lに対応し、電圧V2は強度LMに対応した電圧である。
これにより、時間t1〜t2及び時間t3〜t4において、素線21のマークMが、レーザ光LS1の光束内に進入していたことがわかる。
この電圧の経時変化と素線21の移動速度との関係から、マークMの幅やピッチが求められる。
すなわち、制御部13は、検出信号SG1と速度信号SG2とに基づいて、マークMの幅h1,h2,・・・及びピッチP1を算出することができ、その結果を外部へ出力する。
従って、マークMの色は、黒色に限らず、マークMが付与されていない状態と比較して、あるレベルでレーザ光を吸収できる色であれば、マークMの有無検出は可能となる。黒色以外の色としては、青、赤、緑、など種々の色を採用することができる。
これは、レーザ光の吸光度が異なる複数のマークを付与すれば、その組み合わせの数に応じた種類識別が可能になることを意味する。
また、図8は、その素線21Aが図7の矢印方向に移動している状態で、マーク検出装置KSによってマーク検出をした際の検出部11からの検出信号SG1の一例を示すグラフである。
従って、この素線21Aにおいては、実質的に、素地の部分を含めた4つの部位の組み合わせで素線21Aの種類を識別することが可能となる。
これから明らかなように、マーク検出装置KSによれば、素線21,21Aの素地の部分も、付与したマークとは異なる吸光度のインクを付着させてもよい。
図9を参照して詳細を説明する。図9は、断面円弧状のマークMhを付与する印字ヘッド3Baを有するマーク付与部3Bと、マーク検出装置KSと、マークMhが付与された素線21Bと、ガイドコロ12と、を含む図である。ガイドコロ12は、断面で示されている。
マーク検出装置KSの検出部11は、その付与された側(上方)又はその反対側(下方)に配設されている。また、素線21を間にして検出部11と対向するようにガイドコロ12が配設されている。図9では、マークMhが付与された上方側に検出部11が配設された例が示されている。
従って、印字ヘッド3Baによる印字の方向と検出部11のレーザ光LS1の照射方向との周方向の位相(周方向位置)を一致させておけば、マークMhが周方向の一部に設けられていても検出部11で受光するレーザ光LS2についてマークMhの有無で強度差が得られ、その有無,幅,ピッチ等の判定が可能となる。
例えば半周分(180°)の断面円弧状のマークMhを付与した場合、リング状のマークMを付与した場合と比較して、レーザ光LS1,LS2が素線21B内を通過する際にインクで吸収される回数は、それぞれ1回減の各1回となるが、マークMhの有無検出には充分な強度差が得られる。
断面円弧状のマークMhの有無を検出して幅,ピッチ等の判定をする場合は、マークMhを形成するインクとして吸光度の高いインクを選定すれば、検出精度がより向上するので好ましい。
このように、断面円弧状のマークとすれば、インクの使用量を少なくすることができ,コストダウンとなる。
また、レーザセンサは反射型なので、市販品の種類も豊富であり、レーザのスポット径が比較的小さいもの(例えば1mm以下)を選択することができ、二次元的分解能は外径が0.24mm程度の素線の検出に好適であってかつ充分である。
また、センサからの出力電圧に基づいて検出するので、時間的分解能は充分であり、高速での検出が可能である。
また、素線21が空中を高速移動する際に生じる線ぶれを抑制する線ぶれ抑制部YBとしてのガイドコロ12を備えているので、検出部11であるレーザセンサからのレーザ光LS1を素線21に対して確実に照射することができる。
この観点から、ガイドコロ12は、例えば帯状のものであってもよい。
図10は、実施例のマーク検出装置KSの変形例であるマーク検出装置KS1を説明する図である。
マーク検出装置KS1は、線ぶれ抑制部YB及び素線案内部材SAであるガイドコロ12を無端循環部材に置き換えたものであり、無端循環部材の一例として閉じた(ループ状の)ベルト112を適用している。
図11は、図10におけるS1−S1位置でのベルト112の断面図である。
ベルト112は、例えばゴムなどの柔らかい材料によりエンドレスの帯状に形成され、外周面に溝部112aが設けられている。溝部112aの底面112bは、軸線CL112と平行な周面とされている。底面112bには、メッキ等の反射処理が施され、あるいは反射部材が取り付けられて、レーザ光を良好に反射するようになっている。
ベルト112は、素線21の移動方向(矢印で図示)に離隔した一対のローラ113,113に掛け渡されており、素線21が底面112bに接触し素線21の移動と共に矢印DR2方向に回転するようになっている。
このマーク検出装置KS1によれば、レーザ光LS1が照射される底面112bが、素線21の延在方向と平行な平面とされているので、底面112bで反射したレーザ光LS2のより多くが受光部11bに到達する。そのため、受光部11bで検出されるレーザ光LS2の強度が高くなる。従って、より精度よい確実なマーク検出が行える。
マークM,Mhは、レーザ光が、素線21,21A,21BにおけるマークM,Mhが付与されていない部分に照射された場合に受光部11bで検出される反射光の強度と、マークM,Mhが付与された部分に照射された場合に受光部11bで検出される反射光の強度と、を、異ならせるものとして付与されていればよい。
例えば、マークが、照射されたレーザ光を乱反射又は正反射し、その反射光の強度分布が素線に照射された場合とは異なる分布となるものであってもよい。
1a ガイドローラ
2 巻き取りローラ
3,3B マーク付与部
3a,3Ba 印字ヘッド
4 押さえコロ
4a 周溝部
4b 底面
11 検出部
11a 出光部
11b 受光部
11c ケーブル
12 ガイドコロ
12a 周溝部
12a1,12a2 側壁部
12b 底面
13 制御部
21,21A,21B 光ファイバ(素線)
CL12 回動軸線
D1 幅
h1,h2 幅
H1 深さ
KS マーク検出装置
M,M1,M2,Ma〜Mc,Mh マーク
P1 ピッチ
SA 素線案内部材
SG1,SG1A 検出信号
SG2 速度信号
SV 移動速度情報
YB 線ぶれ抑制部
θ 角度
Claims (7)
- 光ファイバの素線に付与されたマークを検出する光ファイバのマーク検出装置であって、
レーザ光を出光する出光部及びレーザ光を受光する受光部を有し、前記受光部で受光した前記レーザ光の強度に応じた信号を出力する検出部と、
レーザ光を反射する底面を有する溝部が設けられた素線案内部材と、を備え、
前記検出部は、
前記素線を前記素線案内部材の前記溝部内における前記底面に接触させた状態で、前記素線を間にして前記素線案内部材と対向すると共に前記出光部からのレーザ光が少なくとも前記素線に照射され、
前記素線案内部材に対し前記出光部から出射されたレーザ光の内の少なくとも一部が、前記底面で反射して前記受光部で受光される位置に配置されていることを特徴とする光ファイバのマーク検出装置。 - 前記底面は、前記素線の延在方向に直交する断面において直線となる面として形成されていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバのマーク検出装置。
- 前記溝部の内側の側面が、前記素線の延在方向に対して直交し、かつ前記底面に沿う方向の移動を規制することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の光ファイバのマーク検出装置。
- 前記素線案内部材は、所定の一軸まわりに回転するよう軸支された回転部材であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバのマーク検出装置。
- 前記素線案内部材は、所定の経路で循環移動可能とされた帯状の無端部材であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバのマーク検出装置。
- 前記素線案内部材は、金属で形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ファイバのマーク検出装置。
- 光ファイバの素線に付与されたマークをインラインで検出する光ファイバのマーク検出方法であって、
前記素線に前記マークを付与するマーク付与工程よりも下流において、レーザ光を反射する反射面を底面とする溝部を有する素線案内部材の前記溝部に対し、前記素線を前記底面と接触する位置に進入させた状態で前記素線をその延在方向に移動させるステップと、
反射型レーザセンサにより、移動中の前記素線及び前記素線案内部材の前記底面に向けレーザ光を照射すると共に前記レーザ光の反射光の強度を測定するステップと、
を含むことを特徴とする光ファイバのマーク検出方法。
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