JP6200372B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。

従来、フィラメントワインディング装置の技術は公知である（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置は、ヘリカル巻装置により供給される繊維のテンションを検出するテンションセンサを備えている。前記テンションセンサは、糸道ガイドの上流側に設けられており、糸道ガイドの上流側を走行している繊維のテンションを検出する。

しかし、糸道ガイドがたわんだ場合又は屈曲した場合、繊維が糸道ガイドの出口で屈曲して、繊維のテンションが上昇し、これにより、糸道ガイドの上流側と下流側では繊維のテンションが異なるおそれがある。従って、糸道ガイドの下流側を走行している繊維のテンションを検出したい場合は、特許文献１の糸道ガイドの上流側に設置されるテンションセンサでは精度よく検出することが困難となる。

そこで、糸道ガイドの下流側にテンションセンサを設置する方法が考えられる。
しかし、ヘリカル巻きの巻き付け方向が反転するときに、糸道ガイドとライナーの間に張られている繊維の傾斜方向も反対側に変わるので、繊維の傾斜方向に合わせてテンションセンサを移動させなければならず、また、テンションセンサの設置スペースの問題もあり、テンションセンサを設置することが困難であった。
これにより、糸道ガイドの下流側にて、糸道ガイドからライナーに向かって走行している繊維のテンションを検出することが困難であった。

特開２０１０−２３４８１号公報

本発明は、ヘリカル巻装置の糸道ガイドからライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出することが可能なフィラメントワインディング装置を提供する。

第１の発明は、
ライナーをその軸回り方向に回転させながらその軸方向に移動させることで、ヘリカル巻装置の糸道ガイドから繊維を引き出して前記ライナーの外周に巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
前記ヘリカル巻装置によるヘリカル巻きが行われているときの前記糸道ガイドのたわみ量を検出するたわみ量検出部と、前記たわみ量検出部により検出された前記糸道ガイドのたわみ量に基づいて前記糸道ガイドから前記ライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出するテンション算出部と、を備える。

第２の発明においては、
前記たわみ量検出部が、ひずみゲージ、非接触式変位計、ジャイロセンサ、又は加速度センサで構成される。

第３の発明においては、
前記たわみ量検出部は、前記糸道ガイドを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記糸道ガイドの画像に基づいて前記糸道ガイドのたわみ量を演算するたわみ量演算手段と、を有する。

第４の発明においては、
前記たわみ量演算手段は、前記ライナーの軸回り方向に並置された複数の前記糸道ガイドを、該ライナーの軸に対して傾斜した方向から撮像手段により撮像し、該撮像された糸道ガイドの先端部のマークを結んで画定される楕円の、長径、短径、及び、中心位置のうちの少なくとも一つに基づいて、前記糸道ガイドのたわみ量を算出する。

第５の発明においては、
前記楕円の形状に基づいて前記ヘリカル巻装置の異常を検知する異常検知部を備える。

第６の発明においては、
前記たわみ量演算手段は、前記糸道ガイドの先端部の位置に基づいて前記糸道ガイドのたわみ量を算出する。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明によれば、たわみ量検出部により糸道ガイドのたわみ量を検出することで、テンションセンサを設置することなく、糸道ガイドからライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出することが可能になる。

第２の発明によれば、ひずみゲージ、非接触式変位計、加速度センサ、又はジャイロセンサにより糸道ガイドのたわみ量を検出することで、テンションセンサを設置することなく、糸道ガイドからライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出することが可能になる。

第３の発明によれば、撮像手段及びたわみ量演算手段を用いて糸道ガイドのたわみ量を算出することで、テンションセンサを設置することなく、糸道ガイドからライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出することが可能である。

第４の発明によれば、楕円Ｅを画定することで、複数の糸道ガイドを一括して監視することが可能である。

第５の発明によれば、ヘリカル巻装置の異常の有無を監視することが可能である。

第６の発明によれば、複数の糸道ガイドが設けられるとき、各糸道ガイドのたわみ量をそれぞれ算出でき、各繊維のテンションをそれぞれ算出することが可能になる。

フィラメントワインディング装置の概略構成図。 ヘリカル巻装置の第一ヘリカルヘッド及び第二ヘリカルヘッドを示す図。 第一実施形態のテンション算出装置の制御ブロック図。 （ａ）糸道ガイドの先端部がたわんでいる状態を示す側面図、（ｂ）糸道ガイドの先端部がたわんでいる状態を示す斜視図。 たわみ量検出部及びテンションセンサを用いてヘリカル巻きの試験を行っている状態を示す図。 （ａ）ラインＬ１を示す図、（ｂ）ラインＬ２及びラインＬ３を示す図。 （ａ）たわみ量検出部である非接触式変位計を示す図、（ｂ）図７（ａ）の糸道ガイドの先端部がたわんでいる状態を示す図、（ｃ）たわみ量検出部であるジャイロセンサ及び加速度センサを示す図、（ｄ）図７（ｃ）の糸道ガイドの先端部がたわんでいる状態を示す図。 第二実施形態のテンション算出装置の制御ブロック図。 （ａ）撮像手段を示す側面図、（ｂ）撮像手段を示す正面図。 糸道ガイドの先端部を結んで画定される基準楕円を示す図。 （ａ）ライナーが軸方向の一側に移動されているときの楕円を示す図、（ｂ）ライナーが軸方向の他側に移動されているときの楕円を示す図。 （ａ）図１０の基準楕円と図１１（ａ）の楕円の位置関係を示す図、（ｂ）図１０の基準楕円と図１１（ｂ）の楕円の位置関係を示す図。 （ａ）糸道ガイドの先端部の基準位置を示す図、（ｂ）ライナーが軸方向の一側に移動されているときの糸道ガイドの先端部の位置を示す図。 図１３（ａ）の糸道ガイドの先端部の基準位置と、図１３（ｂ）の道ガイドの先端部の位置との位置関係を示す図であり、糸道ガイドの先端部の位置の変位量を示す図。

まず、フィラメントワインディング装置１００について説明する。

フィラメントワインディング装置１００は、ライナー１の外周に繊維Ｆ１・Ｆ２を巻き付ける装置である。
ライナー１は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂などによって形成された略円筒形状の中空容器である。ライナー１は、該ライナー１の外周に繊維Ｆ１・Ｆ２が巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー１は、耐圧容器を構成する基材とされる。
繊維Ｆ１・Ｆ２は、炭素繊維などの繊維束にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂又はポリスチレン等の熱可塑性樹脂を含浸させた帯状体等で構成される。

図１に示すように、フィラメントワインディング装置１００は、基台１０と、ライナー支持部２０と、フープ巻装置３０と、ヘリカル巻装置４０と、テンション算出装置と、を備える。

基台１０には、ライナー１を支持するライナー支持部２０を案内する第一レール１１、及びフープ巻装置３０を案内する第二レール１２が設けられる。第一レール１１及び第二レール１２は、それぞれライナー１の軸方向Ｎに延びている。

ライナー支持部２０は、ベース２１、支持台２２・２２、及び回転軸２３を有する。
ベース２１は、第一レール１１上に配置されており、ライナー１の軸方向Ｎに摺動可能に支持されている。ベース２１には、ベース２１をライナー１の軸方向Ｎに摺動させるベース駆動装置（不図示）が接続されている。前記ベース駆動装置は、モータ、空圧シリンダ、又は油圧シリンダ等で構成される。ベース２１の上部には、支持台２２・２２がライナー１の軸方向Ｎに間隔を空けて配置される。支持台２２・２２の間には、回転軸２３が配置されている。回転軸２３には、回転軸２３を回転させる回転軸駆動装置（不図示）が接続されている。前記回転軸駆動装置は、モータ等で構成される。回転軸２３には、ライナー１が取り付けられている。
ライナー１は、前記ベース駆動装置によりベース２１が摺動されることで、その軸方向Ｎに移動する。
ライナー１は、前記回転軸駆動装置により回転軸２３が回転されることで、その軸回り方向Ｍのうちのいずれか一方の方向に回転する。

フープ巻装置３０は、フープ巻きを行うものである。フープ巻きでは、繊維Ｆ１の巻き付け角度がライナー１の軸方向Ｎに対して略垂直となる。フープ巻装置３０は、フープフレーム３１、及び巻掛テーブル３２を有する。フープフレーム３１は、第二レール１２に係合しており、ライナー１の軸方向Ｎに摺動可能に支持されている。フープフレーム３１には、ライナー１の通過可能な孔３１ａが形成されている。フープフレーム３１には、フープフレーム３１をライナー１の軸方向Ｎに摺動させるフレーム駆動装置（不図示）が接続されている。前記フレーム駆動装置は、モータ、空圧シリンダ、又は油圧シリンダ等で構成される。フープフレーム３１には、巻掛テーブル３２が回転可能に取り付けられている。巻掛テーブル３２には、繊維Ｆ１が巻回されるボビン３３、ボビン３３の繊維Ｆ１をライナー１に案内する案内部材（不図示）等が設けられる。巻掛テーブル３２には、巻掛テーブル３２をライナー１の軸回り方向Ｍに回転させるテーブル駆動装置３４が接続されている。テーブル駆動装置３４は、モータ等で構成される。

フープ巻装置３０によるフープ巻きは以下の手順で行われる。まず、繊維Ｆ１がボビン３３から引き出され、ライナー１に粘着テープや溶着などで固定される。次に、前記フレーム駆動装置及びテーブル駆動装置３４が作動されることで、巻掛テーブル３２が、ライナー１の軸回り方向Ｍに回転されつつ、ライナー１の軸方向Ｎに摺動される。そして、ライナー１がフープフレーム３１の孔３１ａを通過することで、繊維Ｆ１がライナー１の外周に巻き付けられて、フープ巻きが行なわれる。

図１及び図２に示すように、ヘリカル巻装置４０は、ヘリカル巻きを行うものである。ヘリカル巻きでは、繊維Ｆ２の巻き付け角度が、ライナー１の軸方向Ｎに対して略平行又は所定の値θとなる。ヘリカル巻装置４０は、ヘリカルフレーム４１、第一ヘリカルヘッド４２、及び第二ヘリカルヘッド４３を有する。
ヘリカルフレーム４１は、基台１０から固定的に立設しており、ライナー１の通過可能な孔４１ａが形成されている。ヘリカルフレーム４１には、ヘリカルヘッド４２・４３が設けられる。ヘリカルヘッド４２・４３は、ライナー１の軸方向Ｎに互いに隣接するように配置される。
なお、本実施形態のヘリカル巻装置４０は、二つのヘリカルヘッド４２・４３を備えているが、ヘリカルヘッドは単数でもよく、又は、三つ以上でもよい。

第一ヘリカルヘッド４２には、複数の糸道ガイド４４が設けられている。第一ヘリカルヘッド４２の糸道ガイド４４は、繊維Ｆ２をライナー１の外周へと案内する部材であり、繊維Ｆ２が挿通可能な筒状に形成される。
第一ヘリカルヘッド４２には、各糸道ガイド４４を、その軸回り方向に回転可能に支持すると共に、ライナー１に近接離間する方向に移動可能に支持するガイド支持装置４６が設けられている。

第二ヘリカルヘッド４３には、複数の糸道ガイド４４が設けられている。第二ヘリカルヘッド４３の糸道ガイド４４は、繊維Ｆ２をライナー１の外周へと案内する部材であり、繊維Ｆ２が挿通可能な筒状に形成される。
第二ヘリカルヘッド４３には、各糸道ガイド４４を、その軸回り方向に回転可能に支持すると共に、ライナー１に近接離間する方向に移動可能に支持するガイド支持装置４７が設けられている。
また、第二ヘリカルヘッド４３には、第二ヘリカルヘッド４３をライナー１の軸方向Ｎに移動させることで、ヘリカルヘッド４２・４３の間隔を調節する間隔調節手段４８が設けられている。
また、第二ヘリカルヘッド４３には、第二ヘリカルヘッド４３をライナー１の軸回り方向Ｍに回転させることで、ヘリカルヘッド４２・４３間の軸回り方向Ｍの位相差を調整する位相差調節手段４９が設けられている。

第一ヘリカルヘッド４２の糸道ガイド４４と、第二ヘリカルヘッド４３の糸道ガイド４４は、ライナー１の軸回り方向Ｍに等間隔を空けて交互に並置されている。各糸道ガイド４４は、ライナー１の軸Ｚを中心にして放射状に配置されており、その先端部４４ａをライナー１の軸Ｚに向けて突出させている。
各糸道ガイド４４は、図示しない各ボビンから繊維Ｆ２をそれぞれ供給される。各繊維Ｆ２は、各ボビンから各糸道ガイド４４に供給されるまでの間に、図示しないテンション付与装置によりテンションを付与される。各糸道ガイド４４に供給された各繊維Ｆ２は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａからライナー１の外周へとそれぞれ供給される。

ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きは以下の手順で行われる。
まず、各繊維Ｆ２が各糸道ガイド４４を介して引き出され、ライナー１に粘着テープ又は溶着などで固定される。次に、前記ベース駆動装置及び前記回転軸駆動装置が作動されることで、ライナー１がその軸回り方向Ｍに回転されつつ、その軸方向Ｎに移動される。図２では、ライナー１が軸回り方向Ｍの一側Ｍ１に回転されつつ、軸方向Ｎの一側Ｎ１に移動されている。そして、ライナー１が、ヘリカルフレーム４１の孔４１ａを通過することで、各繊維Ｆ２がライナー１の外周に巻き付けられて、ヘリカル巻きが行なわれる。なお、ヘリカル巻きが行なわれているときに、ガイド支持装置４６・４７により、各糸道ガイド４４とライナー１の間隔が調整される。

以下では、前記テンション算出装置について説明する。
なお、前記テンション算出装置の説明に用いる図３〜図１４は、説明の便宜上、簡素化した図面としている。

［第一実施形態］
まず、前記テンション算出装置の第一実施形態であるテンション算出装置５０について説明する。

図３に示すように、テンション算出装置５０は、たわみ量検出部５１と、テンション算出部５２と、を有する。

たわみ量検出部５１は、ひずみゲージで構成され、当該ひずみゲージが糸道ガイド４４毎にそれぞれ設けられている。各たわみ量検出部５１は、ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われているときの各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを検出する。
糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとは、繊維Ｆ２に付加されるテンションにより糸道ガイド４４の先端部４４ａがたわむときの糸道ガイド４４の変形量のことである。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われているとき、各糸道ガイド４４は、案内する各繊維Ｆ２に付加されるテンションＱによって屈曲して、その先端部４４ａがたわむことがある。各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４のこの屈曲する箇所（所定箇所）に設置される。
各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａがたわむとき、出力電圧が変化して、各糸道ガイド４４のひずみ量をそれぞれ検出し、この検出した各ひずみ量を、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとしてそれぞれ算出する。

テンション算出部５２は、糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱを算出する。
図３に示すように、テンション算出部５２は、各たわみ量検出部５１に接続されており、各たわみ量検出部５１により検出された各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得することが可能である。

テンション算出部５２には、テンション演算式Ｑ（Ｐ）が記憶されている。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、たわみ量検出部５１により検出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを変数として、当該糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱが決まるように構成された演算式である。

前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、以下の（１−１）〜（１−４）に示す手順で作成される。

（１―１）図５に示すように、糸道ガイド４４とライナー１の間に張られている繊維Ｆ２に対してテンションセンサ２が設置される。
テンションセンサ２は、糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱを測定する。テンションセンサ２は、例えばロードセルで構成される。

（１−２）糸道ガイド４４の前記所定箇所にたわみ量検出部５１が設置される。

（１−３）ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われ、繊維Ｆ２が糸道ガイド４４からライナー１の外周へと供給される。このとき、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱに関する情報、たわみ量検出部５１により検出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報等が取得される。具体的には、図６（ａ）及び図６（ｂ）のラインＬ１〜Ｌ３に示す情報が取得される。
図６（ａ）に示すように、ラインＬ１には、時間Ｔと、繊維Ｆ２の走行速度である糸速Ｖと、の関係が示されている。
図６（ｂ）に示すように、ラインＬ２には、時間Ｔと、テンションセンサ２により測定された繊維Ｆ２のテンションＱと、の関係が示されている。
図６（ｂ）に示すように、ラインＬ３には、時間Ｔと、たわみ量検出部５１により検出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、の関係が示されている。
ラインＬ２及びラインＬ３によると、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、繊維Ｆ２のテンションＱと、が略比例関係にあることがわかる。

（１−４）前記ラインＬ２及びラインＬ３を用いて、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを変数として、繊維Ｆ２のテンションＱが決まるように構成された近似式である前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）が作成される。
前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）によって、たわみ量検出部５１により検出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、繊維Ｆ２のテンションＱと、の関係が定式化される。

テンション算出部５２は、ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われているとき、各たわみ量検出部５１により検出された各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得して、取得した各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）に代入することで、各繊維Ｆ２のテンションＱを算出する。

なお、本実施形態では、テンション算出部５２が、前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）を用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成したが、本発明はこれに限定されない。テンション算出部５２は、テンションマップを用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成してもよい。
前記テンションマップは、たわみ量検出部５１により検出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱとの関係を求め、マップとしたものである。前記テンションマップは、テンション算出部５２に予め記憶されている。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、各たわみ量検出部５１を、レーザー式、超音波式、又は渦電流式等の非接触式変位計で構成してもよい。この場合、各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４を支持する部材（ヘリカルフレーム４１の孔４１ａの内周面等）に設置され、各糸道ガイド４４の先端部４４ａと対向配置される。
各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａとの間の距離Ｄを検出する。各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４にたわみが生じていないときの検出値Ｄ１と、各糸道ガイド４４にたわみが生じているときの検出値Ｄ２との差を、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとしてそれぞれ算出する（Ｐ＝Ｄ１―Ｄ２）。
この場合、テンション演算式Ｑ（Ｐ）及びテンションマップは、前記非接触式変位計を用いて取得される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱと、の相関データに基づいて作成される（図６（ｂ）のラインＬ２及びラインＬ３参照）。

図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、各たわみ量検出部５１を、ジャイロセンサで構成してもよい。この場合、各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａにそれぞれ設置される。
各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４がたわんで屈曲するときの角速度をそれぞれ検出し、検出した角速度を積分して各糸道ガイド４４の屈曲角θｐを算出し、この算出した各屈曲角θｐを、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとしてそれぞれ算出する。
この場合、テンション演算式Ｑ（Ｐ）及びテンションマップは、前記ジャイロセンサを用いて取得される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱと、の相関データに基づいて作成される（図６（ｂ）のラインＬ２及びラインＬ３参照）。

また、各たわみ量検出部５１を、加速度センサで構成してもよい。この場合、各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａにそれぞれ設置される（図７（ｃ）及び図７（ｄ）参照）。
各たわみ量検出部５１は、各糸道ガイド４４の先端部４４ａがたわむときに、各糸道ガイド４４の加速度をそれぞれ検出し、検出した加速度を二回積分した値を、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとしてそれぞれ算出する。
この場合、テンション演算式Ｑ（Ｐ）及びテンションマップは、前記加速度センサを用いて取得される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱと、の相関データに基づいて作成される（図６（ｂ）のラインＬ２及びラインＬ３参照）。

以上のように、たわみ量検出部５１により糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを検出することで、ロードセルなどのテンションセンサ２を設置することなく、当該糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱを算出することが可能になる。

［第二実施形態］
以下では、前記テンション算出装置の第二実施形態であるテンション算出装置６０について説明する。

図８に示すように、テンション算出装置６０は、たわみ量検出部６１と、テンション算出部６２と、を有する。

たわみ量検出部（画像センサ）６１は、撮像手段６３ａ〜６３ｄと、たわみ量演算手段６４と、を有する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、撮像手段（カメラ）６３ａ〜６３ｄは、複数設けられており、ライナー１の軸回り方向Ｍに並置されている。本実施形態では、四つの撮像手段６３ａ〜６３ａが、ライナー１の軸回り方向Ｍに９０度ずつ間隔を空けて並置されている。各撮像手段６３ａ〜６３ｄは、糸道ガイド４４を、ライナー１の軸Ｚに対して傾斜した方向から撮像する。
ヘリカル巻きが行われている状態で、一つの撮像手段を用いて糸道ガイド４４を撮像した場合は、ライナー１が邪魔になって、全ての糸道ガイド４４を同時に撮像できない。これに対し、本実施形態のように複数の撮像手段６３ａ〜６３ｄを用いることによって、全ての糸道ガイド４４を同時に撮像することが可能になる。

たわみ量演算手段６４は、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐが同一であるとみなして、糸道ガイド４４・４４・・・の全体的なたわみ量Ｐを算出する。

図８に示すように、たわみ量演算手段６４は、撮像手段６３ａ〜６３ｄに接続されており、撮像手段６３ａ〜６３ｄにより撮像された画像データを受信することが可能である。

たわみ量演算手段６４は、撮像手段６３ａ〜６３ｄにより撮像された糸道ガイド４４の画像データを受信して、受信した当該画像データに基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを算出する。

以下では、たわみ量演算手段６４により糸道ガイド４４のたわみ量Ｐが算出されるときの手順（２−１）〜（２−７）について説明する。

（２−１）ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われ、各繊維Ｆ２が各糸道ガイド４４からライナー１の外周へと供給される。

（２−２）撮像手段６３ａ〜６３ｄが、糸道ガイド４４を撮像する（図９（ａ）及び図９（ｂ）参照）。

（２−３）たわみ量演算手段６４は、撮像手段６３ａ〜６３ｄにより撮像された糸道ガイド４４の画像データを受信して、各糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置（マーク）αを算出する（図１１（ａ）及び図１１（ｂ）参照）。
たわみ量演算手段６４は、撮像手段６３ａ〜６３ｄにより撮像された各糸道ガイド４４の画像と、予め記憶されている各糸道ガイド４４の先端部４４ａの形状・サイズ等に関する情報と、を比較することで、各糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αを算出する。なお、撮像手段により撮像された画像内の、特定の物体の位置（糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置α）を算出する画像処理解析技術については公知であるため詳細な説明は省略する。

（２−４）たわみ量演算手段６４は、算出した各糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αを、撮像手段６３ａの座標系に変換する。すなわち、撮像手段６３ｂ〜６３ｄにより撮像された各糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αについては、ライナー１が存在していないと仮定して、撮像手段６３ａにより撮像されたときに写ると推定される位置αに変換される。図１０〜図１２（ｂ）は、撮像手段６３ａの座標系から見た図である。なお、本実施形態では、撮像手段６３ａの座標系に変換したが、撮像手段６３ｂ〜６３ｄのいずれかの座標系に変換してもよい。

（２−５）図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、たわみ量演算手段６４は、隣り合う糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置（マーク）αを結んで、楕円Ｅを作成する。
前記したように、撮像手段６３ａは、糸道ガイド４４を、ライナー１の軸Ｚに対して傾斜した方向から撮像している。従って、隣り合う糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αを結んでいくと、楕円Ｅが作成される。

（２−６）たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの長径Ｒ１を算出する。

（２−７）たわみ量演算手段６４は、基準楕円Ｅｘの基準長径Ｒ１ｘと、前記（２−６）で算出した楕円Ｅの長径Ｒ１との差を、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出する。基準楕円Ｅｘは、糸道ガイド４４がたわんでいない状態で、糸道ガイド４４の先端部４４ａの基準位置（基準マーク）αｘを結んで作成される楕円である（図１０、図１２（ａ）及び図１２（ｂ））参照）。基準楕円Ｅｘの基準長径Ｒ１ｘの情報は、予めたわみ量演算手段６４に記憶されている。

なお、本実施形態では、たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの長径Ｒ１に基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出するように構成したが、本発明はこれに限定されない。
たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの長径Ｒ１、短径Ｒ２、及び、中心位置Ｏのうちの少なくとも一つに基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを算出するように構成してもよい。
これは、楕円Ｅのサイズ及び位置が、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと対応しているからである。
図１０は、糸道ガイド４４がたわんでいない状態を示している。
図１１（ａ）は、ヘリカル巻きが行われ、ライナー１が軸方向Ｎの一側Ｎ１に移動されることで、糸道ガイド４４の先端部４４ａが軸方向Ｎの一側Ｎ１にたわんでいる状態を示している。
図１１（ｂ）は、ヘリカル巻きが行われ、ライナー１が軸方向Ｎの他側Ｎ２に移動されることで、糸道ガイド４４の先端部４４ａが軸方向Ｎの他側Ｎ２にたわんでいる状態を示している。
図１２（ａ）は、図１０の基準楕円Ｅｘと図１１（ａ）の楕円Ｅの位置関係を示している。
図１２（ｂ）は、図１０の基準楕円Ｅｘと図１１（ｂ）の楕円Ｅの位置関係を示している。
図１０〜図１２（ｂ）に示すように、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐが大きくなるのに伴って、楕円Ｅのサイズが変化する。従って、楕円Ｅのサイズの変化量及び／又は扁平量が、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと対応している。
また、楕円Ｅは、糸道ガイド４４の先端部４４ａのたわむ方向に変位し、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐが大きくなるのに伴って、楕円Ｅの変位量（扁平量）が変化する。従って、楕円Ｅの変位量が、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと対応している。

たわみ量演算手段６４が、楕円Ｅの短径Ｒ２に基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出するように構成してもよい。
この場合、前記（２−６）において、たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの短径Ｒ２を算出する。また、前記（２−７）において、たわみ量演算手段６４は、予め記憶されている基準楕円Ｅｘの基準短径Ｒ２ｘと、前記（２−６）で算出した楕円Ｅの短径Ｒ２との差を、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出する（図１２（ａ）及び図１２（ｂ）参照）。

また、たわみ量演算手段６４が、楕円Ｅの中心位置Ｏに基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出するように構成してもよい。
この場合、前記（２−６）において、たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの中心位置Ｏを算出する。また、前記（２−７）において、たわみ量演算手段６４は、予め記憶されている基準楕円Ｅｘの基準中心位置Ｏｘに対する、前記（２−６）で算出した楕円Ｅの中心位置Ｏの変位量を、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出する（図１２（ａ）及び図１２（ｂ）参照）。

また、たわみ量演算手段６４が、楕円Ｅの長径Ｒ１と短径Ｒ２に基づいて、すなわち、楕円Ｅの面積Ｓに基づいて、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出するように構成してもよい。
この場合、前記（２−６）において、たわみ量演算手段６４は、楕円Ｅの面積を算出する。また、前記（２−７）において、たわみ量演算手段６４は、予め記憶されている基準楕円Ｅｘの基準面積と、前記（２−６）で算出した楕円Ｅの面積との差を、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出する（図１２（ａ）及び図１２（ｂ）参照）。

テンション算出部６２は、各糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している各繊維Ｆ２のテンションＱが同一であるとみなして、繊維Ｆ２・Ｆ２・・・の全体的なテンションＱを算出する。
テンション算出部６２は、たわみ量演算手段６４に接続されており、たわみ量演算手段６４により検出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得することが可能である。

テンション算出部６２には、テンション演算式Ｑ（Ｐ）が記憶されている。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、たわみ量演算手段６４により算出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを変数として、当該糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱが決まるように構成された演算式である。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、たわみ量演算手段６４により算出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱと、の相関データに基づいて作成される。当該相関データは、撮像手段６３ａ〜６３ｄ、たわみ量演算手段６４、及びテンションセンサ２を用いて、ヘリカル巻きの試験を行うことによって取得される。

テンション算出部６２は、ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われているとき、たわみ量演算手段６４により算出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得して、取得した糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）に代入することで、繊維Ｆ２のテンションＱを算出する。

なお、本実施形態では、テンション算出部６２が、前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）を用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成したが、本発明はこれに限定されない。テンション算出部６２は、テンションマップを用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成してもよい。
前記テンションマップは、たわみ量演算手段６４により算出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱとの関係を求め、マップとしたものである。前記テンションマップは、テンション算出部６２に予め記憶されている。

以上のように、撮像手段６３ａ〜６３ｄ及びたわみ量演算手段６４を用いて糸道ガイド４４のたわみ量を算出することで、テンションセンサ２を設置することなく、糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションを算出することが可能になる。
また、楕円Ｅを画定することで、複数の糸道ガイド４４を一括して監視することが可能である。

なお、ヘリカル巻装置４０の異常を検知する異常検知部６５を設けてもよい。
図８に示すように、異常検知部６５は、たわみ量演算手段６４に接続されており、たわみ量演算手段６４により作成された楕円Ｅのデータを受信して、楕円Ｅの形状に基づいてヘリカル巻装置４０の異常を検知する。
ヘリカル巻きが行われ、ライナー１の外周に複数の繊維Ｆ２・Ｆ２・・・が供給されている場合で、複数の繊維Ｆ２・Ｆ２・・・のうちの一部の繊維Ｆ２が切断されたり、又は、一部の繊維Ｆ２が詰まってライナー１に供給されない状態になったときには、糸道ガイド４４・４４・・・にかかる負荷が不均一になり、楕円Ｅの形状が崩れてしまう。異常検知部６５は、楕円Ｅの形状が所定の基準を超えて崩れたときに、繊維Ｆ２・Ｆ２・・・がライナー１の外周に安定的に供給されていないと判断して、ヘリカル巻装置４０の異常を検知する。なお、前記所定の基準は、設計事項であり、装置の規模、糸道ガイド４４の強度等に応じて適宜決定される。
異常検知部６５を設けることで、ヘリカル巻装置４０の異常の有無を監視することが可能である。

［第三実施形態］
以下では、前記テンション算出装置の第三実施形態であるテンション算出装置７０について説明する。

図８に示すように、テンション算出装置７０は、たわみ量検出部７１と、テンション算出部７２と、を有する。

たわみ量検出部（画像センサ）７１は、撮像手段７３ａ〜７３ｄと、たわみ量演算手段７４と、を有する。

撮像手段７３ａ〜７３ｄは、前記たわみ量検出部６１の撮像手段６３ａ〜６３ｄと同じ構成を有するので、その詳細な説明は省略する。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、撮像手段７３ａ〜７３ｄは、複数（四つ）設けられており、複数の撮像手段７３ａ〜７３ｄがライナー１の軸回り方向Ｍに並置されている。複数の撮像手段７３ａ〜７３ｄを用いることによって、全ての糸道ガイド４４を同時に撮像することが可能になる。

たわみ量演算手段７４は、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを算出する。
図８に示すように、たわみ量演算手段７４は、撮像手段７１ａ〜７１ｄに接続されており、撮像手段７１ａ〜７１ｄにより撮像された画像データを受信することが可能である。
たわみ量演算手段７４は、撮像手段７１ａ〜７１ｄにより撮像された糸道ガイド４４の画像データを受信して、受信した当該画像データに基づいて各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを算出する。

以下では、たわみ量演算手段７４により各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐが算出されるときの手順（３−１）〜（３−４）について説明する。
なお、一つの糸道ガイド４４に着目して説明する。

（３−１）ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われ、各繊維Ｆ２が糸道ガイド４４からライナー１の外周へと供給される。

（３−２）撮像手段７１ａ〜７１ｄが、糸道ガイド４４を撮像する。

（３−３）たわみ量演算手段６４は、撮像手段７１ａ〜７１ｄにより撮像された糸道ガイド４４の画像データを受信して、糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置（マーク）αを算出する（図１３（ｂ）参照）。
たわみ量演算手段７４は、撮像手段７１ａ〜７１ｄにより撮像された糸道ガイド４４の画像と、予め記憶されている糸道ガイド４４の先端部４４ａの形状・サイズ等に関する情報と、を比較することで、糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αを算出する。

（３−４）たわみ量演算手段７４は、糸道ガイド４４の先端部４４ａの基準位置αｘに対する、前記（３−３）で算出した糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αの変位量Ｗを、糸道ガイド４４のたわみ量Ｐとして算出する（図１３（ａ）〜図１４参照）。糸道ガイド４４の先端部４４ａの基準位置αｘは、糸道ガイド４４がたわんでいないときの糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置である（図１３（ａ）及び図１４参照）。基準位置αｘの情報は、予めたわみ量演算手段７４に記憶されている。

他の糸道ガイド４４・４４・・・についても、前記（３−１）〜（３−４）と同様の手順でたわみ量Ｐがそれぞれ算出される。

テンション算出部７２は、各糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している各繊維Ｆ２のテンションＱを算出する。
テンション算出部７２は、たわみ量演算手段７４に接続されており、たわみ量演算手段７４により検出された各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得することが可能である。

テンション算出部７２には、テンション演算式Ｑ（Ｐ）が記憶されている。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、たわみ量演算手段７４により算出された糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを変数として、当該糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している繊維Ｆ２のテンションＱが決まるように構成された演算式である。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、糸道ガイド４４毎にそれぞれ作成される。
テンション演算式Ｑ（Ｐ）は、たわみ量演算手段７４により算出される各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される各繊維Ｆ２のテンションＱと、の相関データに基づいてそれぞれ作成される。当該相関データは、撮像手段７３ａ〜７３ｄ、たわみ量演算手段７４、及びテンションセンサ２を用いて、ヘリカル巻きの試験を行うことによって取得される。

テンション算出部７２は、ヘリカル巻装置４０によるヘリカル巻きが行われているとき、たわみ量演算手段７４により算出された各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐに関する情報を取得して、取得した各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを前記各テンション演算式Ｑ（Ｐ）にそれぞれ代入することで、各糸道ガイド４４からライナー１に向かって走行している各繊維Ｆ２のテンションＱを算出する。

なお、本実施形態では、テンション算出部７２が、前記テンション演算式Ｑ（Ｐ）を用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成したが、本発明はこれに限定されない。テンション算出部７２は、テンションマップを用いて繊維Ｆ２のテンションＱを算出するように構成してもよい。
前記テンションマップは、たわみ量演算手段７４により算出される糸道ガイド４４のたわみ量Ｐと、テンションセンサ２により測定される繊維Ｆ２のテンションＱとの関係を求め、マップとしたものである。前記テンションマップも、テンション演算式Ｑ（Ｐ）と同様に、糸道ガイド４４毎にそれぞれ作成される。

以上のように、たわみ量演算手段７４は、糸道ガイド４４の先端部４４ａの位置αに基づいて糸道ガイド４４のたわみ量Ｐを算出する。これにより、複数の糸道ガイド４４が設けられるとき、各糸道ガイド４４のたわみ量Ｐをそれぞれ算出でき、各繊維Ｆ２のテンションＱをそれぞれ算出することが可能になる。

１ ライナー
４０ ヘリカル巻装置
４４ 糸道ガイド
５１・６１・７１ たわみ量検出部
５２・６２・７２ テンション算出部
６３ａ・６３ｂ・６３ｃ・６３ｄ・７３ａ・７３ｂ・７３ｃ・７３ｄ 撮像手段
６４・７４ たわみ量演算手段
１００ フィラメントワインディング装置
Ｆ１・Ｆ２ 繊維

Claims (6)

1. ライナーをその軸回り方向に回転させながらその軸方向に移動させることで、ヘリカル巻装置の糸道ガイドから繊維を引き出して前記ライナーの外周に巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
   前記ヘリカル巻装置によるヘリカル巻きが行われているときの前記糸道ガイドのたわみ量を検出するたわみ量検出部と、前記たわみ量検出部により検出された前記糸道ガイドのたわみ量に基づいて前記糸道ガイドから前記ライナーに向かって走行している繊維のテンションを算出するテンション算出部と、を備えることを特徴とする、
   フィラメントワインディング装置。
2. 前記たわみ量検出部が、ひずみゲージ、非接触式変位計、ジャイロセンサ、又は加速度センサで構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
3. 前記たわみ量検出部は、前記糸道ガイドを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記糸道ガイドの画像に基づいて前記糸道ガイドのたわみ量を演算するたわみ量演算手段と、を有することを特徴とする、
   請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 前記たわみ量演算手段は、前記ライナーの軸回り方向に並置された複数の前記糸道ガイドを、該ライナーの軸に対して傾斜した方向から撮像手段により撮像し、該撮像された糸道ガイドの先端部のマークを結んで画定される楕円の、長径、短径、及び、中心位置のうちの少なくとも一つに基づいて、前記糸道ガイドのたわみ量を算出することを特徴とする、
   請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。
5. 前記楕円の形状に基づいて前記ヘリカル巻装置の異常を検知する異常検知部を備えることを特徴とする、
   請求項４に記載のフィラメントワインディング装置。
6. 前記たわみ量演算手段は、前記糸道ガイドの先端部の位置に基づいて前記糸道ガイドのたわみ量を算出することを特徴とする、
   請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。

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