JP7337540B2 - 長手方向において移動させられる糸を光学式に検出する糸センサ - Google Patents

Description

本発明の対象は、長手方向において移動させられる糸を光学式に検出する糸センサに関する。本発明は同様に、糸センサを備えた繊維機械、及び、糸センサを作動させる方法にも関する。

糸センサは、紡績機及び巻取り機のような繊維機械において使用される。糸センサは、糸及び／又は糸品質を監視するために用いられる。このような糸センサは、光源及び検出器を有しており、これによって、相応の信号検出を保証するために、光学式に作動する監視システムが提供される。糸の無接触式の監視及び感知は、それぞれの作業ユニットに対して個別に行われる。糸監視システムの使用は、繊維機械にとって、ひいては糸の品質にとっても特に重要である。

糸監視システムは、糸の存在に関する情報を提供する。このような場合には、糸センサはいわゆる糸監視器を形成している。また、糸太さ又は糸品質を監視する糸センサも公知である。

即ち、糸を光学式に検出することによって、糸の存在を監視することができ、又は、糸の品質を検知することができる。糸の品質を検知するために、特に糸の直径が特定され、かつ、特に異物繊維である汚れが検出される。

公知の光学式の糸センサにおいては、糸は測定間隙内において無接触式に案内される。糸と、糸によって引き摺られる空気とによって、塵埃、汚れ粒子及び仕上げ剤が糸センサに導かれる。これらの粒子は、糸センサのセンサ面に堆積し、これによって、測定値を著しく劣化させる汚染度が発生することがある。

糸センサにおける汚染問題は、既に知られている。欧州特許第１６５５５９９号明細書（ＥＰ１６５５５９９Ｂ１）によって、長手方向において測定間隙内を移動させられる糸を、光学式にスキャンする糸センサが公知であり、この糸センサにおいては、実質的に単に、光源の、糸から反射した光だけが、反射光のための２つの受光器に達する。これによって、例えば繊維又は塵埃である異物の影響を低減することができる。

刊行物国際公開第９３／１２０２８号（ＷＯ９３／１２０２８Ａ１）によって例えば、糸センサのセンサ面をクリーニングすることが公知である。センサ面のクリーニングを達成するために、糸は、センサ面に対して一定に調節された僅かな間隔にまで移動させられる。糸はある程度の毛羽立ち（Haarigkeit）を有しているので、光学的な内面に対する「ブラシ効果（Pinseleffekt）」が得られる。走行する糸の周りにおいては、境界層流によって、同じくクリーニング効果を有することができる空気の流れが発生する。

欧州特許第１６５５５９９号明細書 国際公開第９３／１２０２８号

上に述べた先行技術を起点として、本発明の根底を成す課題は、糸センサの確実性を高めることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた糸センサによって解決される。本発明に係る糸センサの好適な発展形態及び構成は、従属請求項の対象である。

従属請求項として記載された請求項において個々に開示された特徴は、技術的に意味がある任意の形式において互いに組み合わせることができ、かつ、本発明の別の構成を定義する。さらに、請求項において記載された特徴は、明細書の記載においてさらに詳しく明確にされかつ記載され、このとき本発明の別の好適な実施形態である。

本発明によれば、長手方向において移動させられる糸を光学式に検出する糸センサであって、光源、検出器、及び、光源から放射された光を導くための光導手段を備えている糸センサが提案される。糸を光導手段の外面に接触させるために、糸ガイド手段が設けられている。光導手段は、糸との接触によって光の少なくとも一部が光導手段から出射されるように構成されている。検出器は、糸によって影響された光を検出するように配置されかつ構成されている。

このとき本発明に係る糸センサは、減衰全反射（frustrated total internal reflection, ＦＴＩＲ）の効果に基づいている。入射角が特定の値、全反射のいわゆる臨界角を上回っている場合に、全反射が、吸収媒体の、２つの光の境界面において、光の異なった大きさの伝搬速度で行われる。空気の光学密度は、糸の光学密度に比べて著しく小さい。糸と光導手段の外面との間の接触面における糸の接触によって、糸の屈折率は空気の屈折率よりも大きいので、減衰全反射が発生する。

減衰全反射の効果によって、糸と光導手段の外面との間の接触領域において光導手段から進出する光は、糸において散乱する。散乱光は、光導手段から進出する。この散乱光は、検出器を用いて直接的に又は間接的に検出することができ、これによって外面に接触している糸の検出が可能になる。又は言い換えれば、光源から放射された光に対する糸の影響が検出される。そのためには原理的に、選択的に又は互いに関連させて使用することができる２つの可能性が存在する。

第１の実施形態によれば、検出器は、糸によって光導手段から出射される光を検出するように配置されかつ構成されている。

第２の実施形態によれば、検出器は、光導手段を通して案内されかつ糸によって出射されなかった、残存している光を検出するように配置されかつ構成されている。

糸センサの本発明に係る第１の構成においては、検出器によって、光導手段から出射される散乱光が検出される。この散乱光は、糸と光導手段の外面との間の接触面において反射される光である。選択的に又は追加的に、光導手段が、光導手段の外面において反射される光を検出器に導くのに適していて、かつ、そのように設定されている構成が可能である。この場合には検出器を用いて、全反射させられた光線における減じられた強度が評価される。全反射させられた光線における強度は、ほぼ、光導手段から出射された散乱光の分だけ減じられている。

光学式の糸センサの本発明に係る構成によって、光学式に作動する糸センサの従来の開発から離れ、完全に新規な方法が提案される。ＦＴＩＲ効果を利用して、単純でかつ周囲の影響に対してより鈍感な構造を有する糸センサが提供される。作動時に移動させられる糸が光導手段に接触していることによって、公知の光学式の糸センサにおいて公知の、汚れの影響の問題は、十分に回避される。それというのは、糸は、光導手段との接触面の領域においてセルフクリーニング効果を生ぜしめるからである。

光導手段の、接触面に隣接した領域もまた同様にクリーニングされる。糸の毛羽立ちによって、汚れは、糸と光導手段の外面との間の接触面から除去されるのみならず、接触面に隣接した領域からも除去される。このクリーニング効果は、「煙突効果（Kamineffekt）」によって強化される。それというのは、移動させられる糸と形成される境界層流とが、空気の流れを生成するからである。

糸センサの本発明に係る構成は、極めてコンパクトな構造形態をも可能にする。それというのは、光学系の構造は、単に極めて僅かな数の部材に最小化することができるからである。

本発明に係る糸センサは、いわゆる糸監視器として使用することができる。糸監視器は、糸の存在の有無に関する情報を提供する。

光導手段から出射される散乱光の強度は、光導手段の外面との糸の接触面積に比例している。一定の糸張力では、糸の直径を推測することができるので、糸センサは、糸の品質に関する情報をも提供することができる。このようにして例えば糸における結節部を検出することができる。

例えば異物繊維、塵埃等が、糸本体とは異なった屈折率を有していると仮定すると、本発明に係る糸センサを用いて、異物繊維の検出を行うことが可能である。

糸ガイド手段としては、任意の配置形態が用いられる。重要なことは単に、糸が光導手段と接触させられるということだけである。そのために糸ガイド手段は、例えば糸走行方向において光導手段の上流及び下流にそれぞれ１つのガイドアイを有している。

糸が光導手段に接触しながら案内されるということに関して好ましくは、光導手段は、少なくとも部分的に透明なセラミックスから成っている。セラミックスの使用には、光導手段の摩耗を僅かに保つことができるという利点がある。透明なセラミックスは、光導手段の外層であってよい。したがって例えば透明なセラミックスは、ガラス体又はプラスチック体に結合されていてよく、このとき結合は、例えば透明な接着剤を用いて行われる。透明なセラミックスが例えばプラスチック体と接着される場合には、接着層内に気泡が発生しないことが保証されねばならない。

好ましくは、光導手段の外面は、凸面状に湾曲している。これによって、光導手段の外面への糸の確実な接触が達成される。

さらに別の好適な構成によれば、光導手段は、円形横断面を有している。光導手段は、特に円形ロッドの形態で構成されてよい。

光源は、好ましくは赤外線を放出するのに適していて、かつ、そのように設定されている。特に光源は、少なくとも１つの発光ダイオードを含むことができる。

検出器は特に、三次元的に解像する検出器である。このような検出器は、例えばＣＣＢアレイ又はＣＭＯＳアレイ、ＣＣＤ走査線又はＣＭＯＳ走査線を有している。特に、検出器は、アクティブピクセルセンサであることが提案される。アクティブピクセルセンサは、一列のピクセルセンサを備えた集積回路を有している。それぞれのピクセルセンサは、例えばアクティブ増幅器を備えたフォトダイオードを含むことができる。

本発明に係る糸センサのさらに別の好適な構成によれば、光導手段は、糸ガイドエレメントの構成部分であることが提案される。このように形成された糸センサには、部材の数を減じることができるという利点がある。さらに、糸センサのコンパクトな構造によって、特に、光導手段が糸ガイドエレメントの構成部分であることによっても、紡績プロセスにおける比較的高い監視品質が得られる。

本発明はさらに、本発明に係る糸センサを備えた繊維機械に関する。

さらに、本発明に係る糸センサを作動させる方法が提案される。したがって本発明は同様に、長手方向において移動させられる糸を、光導手段を用いて光学式に検出する方法に関する。本発明に係る方法によれば、光は光導手段を通して案内される。糸は、光導手段の外面に接触させられ、これによって光の少なくとも一部が、光導手段から出射される。最後に、糸によって影響された光が検出される。そのために、糸によって光導手段から射出される光を検出することができる。また、光導手段を通して案内されかつ糸によって出射されなかった、残存している光を検出することも可能である。

このようにして検出された、糸によって影響された光を、評価することができる。そして直径偏差及び汚れを検出することができる。また、糸乃至繊維の存在の有無だけを評価することも可能である。

本発明に係る糸センサのさらなる別の利点及び詳細については、２つの好適な実施形態を用いて説明する。ただし本発明の対象は、これらの具体的な実施形態に制限されるものではない。

１つの作業ユニットを示す原理図である。 糸センサの第１実施形態を概略的に示す図である。 糸センサの第２実施形態を概略的に示す図である。 糸のスナップ撮像、及び、このスナップ撮像に対応する、糸センサの信号の評価を示す線図である。

図１には、本発明に係る繊維機械の１つの作業ユニットの原理図が示されている。繊維機械は、本実施形態においては、オープンエンド紡績機として構成されている。紡績ボックス１にはスライバ２が供給される。紡績ボックス１内において生ぜしめられた糸３は、引出し小管４を介して引出しローラ対５を用いて引き出される。糸３は、本発明に係る糸センサ６を貫通走行し、湾曲部材８を介して、綾振り装置７の糸ガイド９の往復動によって、設定幅にわたって綾巻きパッケージ１０に巻き取られる。

摩擦ローラ１１は、綾巻きパッケージ１０を駆動する。糸ガイド９は、糸ガイドロッド１２に配置されている。糸ガイドロッド１２は、糸ガイド伝動装置１３によって往復動させられる。糸ガイド伝動装置１３の往復動を生ぜしめるために、駆動ユニット１４が設けられている。

図１の図面から分かるように、走行する糸３を監視するための糸センサ６は、引出しローラ対５の上方において糸３の綾振り領域に配置されている。このことは必ずしも不可欠ではない。糸センサ６が引出しローラ対５の上流に配置されている配置形態も可能である。糸センサ６の配置形態は、ここでは一例として示されている。糸センサ６は、糸走路の適宜な箇所に設けられていてよい。

糸センサ６は、信号導線１５を介して制御装置１６に接続されている。制御装置１６は、別の信号導線１７を介して駆動ユニット１４に接続されている。駆動ユニット１４は、好ましくは電動機である。信号導線１８を介して制御装置１６は、図示されていない別の紡績ユニット、データ処理装置、及び、紡績機に接続されていてよい。

図２には、糸センサ６の第１実施形態が示されている。糸センサ６は、光源１９を有している。光源１９は、好ましくは赤外線ＬＥＤである。光源１９は、ハウジング２０内に配置されている。図示の実施形態においては、ハウジング２０は、同時に光導手段２１のための保持体としても働く。光導手段２１は、円形ロッドの形態で構成されている。光導手段２１の材料は、好ましくは透明なセラミックスである。

符号２２によって、単に本発明の原理を明瞭にするために、光源１９が放射する光線が示される。光線２２は、外面２３において反射される。光源１９及び光導手段２１は、糸が光導手段２１の外面２３に接触していない場合に全反射が得られるように、構成されている。

図２に示された実施形態においては、糸３が概略的に示されている。糸３は、光導手段２１の外面２３に接触している。糸３と外面２３との間には、接触面２４が位置している。光導手段２１との糸３の接触によって、接触面２４の領域において減衰全反射が発生する。それというのは、糸３の屈折率は、糸センサ６の周囲空気の屈折率よりも大きいからである。減衰全反射によって、接触面２４の領域において光導手段２１から進出する光は、糸において散乱させられる。散乱光は、光導手段２１を通って伝搬し、これは光線２５によって略示されている。この散乱光は、検出器２６によって検出される。検出器２６は、制御装置１６に例えば供給することができる信号を発信する。

図３には、糸センサの第２実施形態が示されている。糸センサ６は、ハウジング２０内に配置されている光源１９を含んでいる。ハウジング２０は、同時に光導手段２１のための保持体として働く。この実施形態においても糸３は、光導手段２１の外面２３に接触している。図３に示された実施形態と図２に示された実施形態との相違は、検出器２６の配置形態、及び、これに関連した評価方法にある。光導手段２１から出射される光線２５によって略示されている散乱光の代わりに、全反射させられた光線２７における低減された強度が評価される。

検出器２６は、好ましくはピクセルセンサ、特にアクティブピクセルセンサである。図４には、検出器が検出した散乱光のスナップ撮像が示されている。この撮像の評価は、線図において再生されている。糸が光導手段に接触していることを認識することができる。

検出信号の幅Ｂから、糸直径を推定することができる。それというのは、糸張力が一定の場合には、散乱光は、糸直径に比例しているからである。これによって、糸における細い箇所及び太い箇所をも検出することができる。

検出信号の時間的な変化から、糸の張力が変化したか否かに関する情報をも得ることができる。

１ 紡績ボックス
２ スライバ
３ 糸
４ 引出し小管
５ 引出しローラ対
６ 糸センサ
７ 綾振り装置
８ 湾曲部材
９ 糸ガイド
１０ 綾巻きパッケージ
１１ 摩擦ローラ
１２ 糸ガイドロッド
１３ 糸ガイド伝動装置
１４ 駆動ユニット
１５ 信号導線
１６ 制御装置
１７ 信号導線
１８ 信号導線
１９ 光源
２０ ハウジング
２１ 光導手段
２２ 光線
２３ 外面
２４ 接触面
２５ 光線
２６ 検出器
２７ 光線

Claims (10)

1. 長手方向において移動させられる糸（３）を光学式に検出する糸センサ（６）であって、光源（１９）、検出器（２６）、及び、前記光源（１９）から放射された光を導くための光導手段（２１）を備えており、
   前記糸（３）を前記光導手段（２１）の外面（２３）に接触させるために、糸ガイド手段が設けられており、
   前記光導手段（２１）は、前記糸（３）との接触によって前記光の少なくとも一部が前記光導手段（２１）から出射されるように構成されており、
   前記検出器（２６）は、前記糸（３）によって影響された光を検出するように配置されかつ構成されている、
   糸センサ（６）。
2. 前記検出器（２６）は、前記糸（３）によって前記光導手段（２１）から出射される光を検出するように配置されかつ構成されている、
   請求項１に記載の糸センサ（６）。
3. 前記検出器（２６）は、前記光導手段（２１）を通して案内されかつ前記糸（３）によって出射されなかった、残存している光を検出するように配置されかつ構成されている、
   請求項１に記載の糸センサ（６）。
4. 前記光導手段（２１）は、少なくとも部分的に透明なセラミックスから成っている、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）。
5. 前記光導手段（２１）の前記外面は、凸面状に湾曲している、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）。
6. 前記検出器（２６）は、三次元的に解像する検出器である、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）。
7. 前記検出器（２６）は、アクティブピクセルセンサである、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）。
8. 前記光導手段（２１）は、糸ガイドエレメントの構成部分である、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の糸センサ（６）を備えた繊維機械。
10. 長手方向において移動させられる糸（３）を、光導手段（２１）を用いて光学式に検出する方法であって、
    - 前記光導手段（２１）を通して光を導くステップと、
    - 前記糸（３）を前記光導手段（２１）の外面（２３）に接触させ、これによって前記光の少なくとも一部を前記光導手段（２１）から出射させるステップと、
    - 前記糸（３）によって影響された光を検出するステップと、
    を含む方法。