KR100335562B1 - 방적공정에서의실장력감시방법 - Google Patents

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Abstract

방적공정은, 방사장치에 의해 방출된 실이 와인딩 장치에 의해 감기는 동안 실의 장력을 검출함으로써 감시된다. 실장력 센서로 검출된 실장력은 트래버스 속도 또는 와인딩 속도 등의 와인딩 상태의 변화율에 기초하여 보정하고, 보정된 장력을 기초로 방적공정이 정상상태인지 아닌지가 판단한다. 또, 이상판단기준을 와인딩 상태의 변화율에 기초하여 보정하고, 보정된 이상판단기준을 기초로 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단한다.

Description

방적공정에서의 실장력 감시방법
본 발명은, 방사장치(spinning device)에 의해 방출된 실을 와인딩 장치(winding device)에 감는 방적(紡績)공정에서의 실장력을 감시하는 방법에 관한 것이다.
최근, 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리에스테르(polyester) 등의 합성섬유를 제조하기 위한 방적공정에 있어서는, 방사장치에 의해 방출된 실이, 트래버스 기구(traverse mechanism)와 보빈(bobbin)을 장착하기 위한 스핀들(spindle), 보빈의 주위에 감긴 실에 접촉하여 실에 표면장력을 부여하는 접촉롤러(contact roller) 및 와인딩 상태를 검지하는 수단을 갖춘 와인딩 장치에 의해 감긴다. 와인딩 장치의 위쪽에 설치된 실장력 검출수단에 의해 항상 실의 장력을 검출하고, 검출된 장력을 분석함으로써 방적공정을 감시하여 제조공정이 정상상태인지 아닌지를 검출하도록 하고 있다.
실장력 검출수단에 의해 검출된 실장력은 여러 가지의 요인에 의해 변동한다. 실장력의 변동은, 한편으로는 방적공정에서의 실제의 이상(異常)에 기인하고, 다른 한편으로는 생산조건에 기인한다. 생산조건에 기인한 장력변동중의 하나는 트래버스 속도의 변화 및 스핀들의 회전속도의 변화 등의 제조조건의 변화에 기초한다.
실은 몇 가지의 다른 트래버싱방법 중의 하나로 와인딩 장치에 의해 감긴다. 예컨대, 랜덤 트래버싱방법(random traversing method), 리본 점프(ribbon jump) 트래버싱방법, 프로그램(program)된 트래버싱방법, 멀티-와인드(multi-wind) 트래버싱 방법, 및 이들 3가지의 트래버싱방법의 조합이 알려져 있다. 예컨대, 도 3은 트래버싱각(traversing angle)이 일정하게 유지되는 동안 트래버스 속도가 주기적으로 변화하여 리본 브fp이크(ribbon break)를 일으키는 랜덤 트래버싱방법을 나타낸 것이다. 도 4는 트래버스각이 일정하게 유지되는 동안 트래버스 속도가 리본 영역에서 갑자기 변화하는 트래버싱방법을 나타낸 것이다. 도 5는 트래버스 속도가 와인딩의 개시로부터 와인딩의 종료시까지 계속 변화하여 트래버싱각을 변화시키는 프로그램된 트래버싱 방법을 나타낸 것이다. 도 6은 트래버스 속도를 변화시켜 모든 리본 영역에서의 와인딩 비를 바꾸는 멀티-와인드 트래버싱방법을 나타낸 것이다. 트래버스 속도는 이들 경우에 크게 변화한다.
더욱이, 와인딩 속도가 변화하면, 도 7에 나타낸 바와 같이 스핀들의 회전속도는 와인딩의 개시로부터 와인딩의 종료시까지의 사이에서 변화한다.
도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 트래버스 속도가 변화하면, 실장력도 트래버스 속도의 변화에 비례하여 변화하여 소정의 폭을 가지고 설정된 이상판단기준을 벗어나 방적공정이 이상상태로 판정되어 이상신호가 출력될 수도 있다.
더욱이, 도 7에 나타낸 바와 같이, 와인딩 속도가 변화하면, 실장력도 와인딩 속도에 비례하여 변화하여 실감기 동작에 있어서 와인딩의 개시로부터 와인딩의 종료시까지 실장력의 변동이 커져 허용된 이상판단기준범위를 초과하게 되는데, 검출된 장력이 이상판단기준범위를 초과한 시점에서 방적공정이 이상상태로 판단되어 이상신호가 출력된다.
이와 같이, 정상적인 와인딩 상태이더라도 이상신호가 출력되기 때문에, 생산조건에 따라 필연적으로 발생하는 실장력의 변동과 방적공정에서의 실제의 이상에 기인한 실장력의 변동을 판별하기가 어렵다고 하는 문제가 있다.
또, 생산조건으로부터 필연적으로 발생하는 실장력의 변동에 기인한 이상신호의 출력을 막기 위해서는, 이상판단기준의 상한(上限)과 하한(下限) 사이의 폭을 넓게 설정할 필요가 있다. 그러나, 실에 부착된 오일(oil)의 양의 변화나 필라멘트절단(filament break), 폴리머 점성(polymer viscosity)의 변화 등, 장력에는 작은 변화밖에 나타나지 않지만, 실제의 이상을 항상 검출할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 생산조건으로부터 발생하는 실장력의 변동에 기인한 이상신호의 출력을 막기 위해, 실장력 센서로 검출된 실장력을 트래버스 속도나 와인딩 속도 등의 와인딩 상태의 변화율에 기초하여 보정하고, 보정된 장력을 기초로 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하며, 또 이상판단기준을 와인딩 상태의 변화율에 기초하여 보정하고, 보정된 이상판단기준을 기초로 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하는 실장력 감시방법을 제공한다.
즉, 본 발명의 목적은, 트래버스 속도 변화 및 와인딩 속도 변화로부터 발생하는 실장력의 변화를 이상으로 판단하지 않고, 방적공정에서의 실제의 이상을 확실하게 검출할 수 있는 방적공정에서의 실의 장력을 감시하기 위한 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방적장치의 개략도이고,
도 2는 방적공정에서 실의 장력을 감시하는 방법을 실현하기 위한 본 발명의 실시예를 설명하는 블록도,
도 3은 랜덤 트래버싱방법에 있어서 트래버스 속도, 실장력 및 보정된 실장력을 나타낸 그래프,
도 4는 리본 점프 트래버싱방법에 있어서 트래버스 속도, 실장력 및 보정된 실장력을 나타낸 그래프,
도 5는 프로그램된 트래버싱방법에서의 트래버스 속도, 실장력 및 보정된 실장력을 나타낸 그래프,
도 6은 변화하는 교차각(changing crossing angle)을 갖는 멀티-와인드 트래버싱방법에서의 트래버스 속도, 실장력 및 보정된 실장력을 나타낸 그래프,
도 7은 트래버스 속도, 실장력 및 보정된 실장력을 나타낸 그래프,
도 8은 트래버스 속도, 실장력 및 실장력을 보정하기 위한 이상판단기준을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 의하면, 방사장치에 의해 방사된 실이 트래버스기구와 보빈을 장착하기 위한 스핀들, 보빈의 주위에 감긴 실에 접촉하여 실에 표면장력을 부여하는 접촉롤러에 감기는 동안, 방적공정에서의 이상을 검출하기 위해 방적공정에서의 실의 장력을 검출하는 방법이 제공된다. 여기서, 상기 실의 장력은 와인딩 장치의 위쪽에 설치된 실장력 검출수단에 의해 검출된다.
본 발명의 한 실시형태에서는, 이 방법은 와인딩 상태 검출수단에 의해 검출된 와인딩 상태의 변화율에 따라 실장력 검출수단에 의해 검출된 장력을 보정하는 단계와, 보정된 장력을 기초로 하여 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 본 방법은 와인딩 상태 검출수단에 의해 검출된 와인딩 상태의 변화율에 따라 이상판단기준을 보정하는 단계와, 보정된 이상 판단기준을 기초로 하여 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하는 단계를 구비한다.
검출되는 와인딩 조건은 트래버스 속도 및 와인딩 속도 중의 하나인 것이 바람직하다.
(실시예)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방적장치의 개략도이고, 도 2는 방적공정에서의 실의 장력을 감시하는 방법을 실현하기 위한 본 발명의 실시예를 나타낸 블록도이다.
방적장치는, 용융 폴리머로부터 실을 방출하는 계량 펌프 및 페룰(ferrule)로 이루어진 방사장치(1)와, 방출된 실을 소정의 속도로 이어받는 제1권취 롤러(take-up roller; 2), 제2권취 롤러(3)와, 트래버스 기구(5), 2개의 스핀들(6, 7)이 회전자재로 장착된 회전부재, 접촉롤러(8) 등에 의해 형성된 와인딩 장치(4)와, 이 와인딩 장치(4)의 근접위치에 설치된 와인딩 제어장치(9)와, 장력보정장치(10)에 의해 구성되어 있다.
실분리 가이드(11)와 지점가이드(fulcrum guide; 12)는 제2권취 롤러(3) 와 와인딩 장치(4) 사이의 소정의 위치에 설치되어 있고, 지지부재(도시하지 않은)에 의해 지지되어 있다. 실장력 검출수단으로서의 장력센서(13)가 실분리 가이드(11) 및 지점가이드(12) 사이의 소정의 위치에 설치되어 있고, 지지부재(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있다.
장력센서(13)로는 3접 접촉식 센서(three point contact type sensor) 또는 비접촉식 센서(non-contact type sensor)를 사용하고, 각 검출신호가 장력센서(13)로부터 장력보정장치(10)로 전송되도록 되어 있다.
와인딩 장치(4)는, 트래버스 속도를 검출하기 위한 트래버스 속도 센서(14) 및 와인딩 속도를 검출하기 위한 와인딩 상태 검출수단으로서 동작하는 와인딩속도센서[15; 스핀들(6, 7) 또는 접촉 롤러(8)의 회전속도를 검출하는 센서]를 구비한다. 각 검출신호는 이들 센서(14, 15)로부터 장력보정장치(10)로 전송되도록 되어 있다.
와인딩 제어장치(9)에는 라인 제어기(line controller; 도시하지 않음)가 접속되어 있고, 이 라인 제어기에 의해 트래버스 기구(5)의 속도 및 와인딩 장치(4)의 스핀들(6, 7)의 속도를 제어하도록 되어 있다. 다수의 와인딩 장치(4)가 설치되어 있는 경우에는, 각 와인딩 장치(4)는 각각의 라인 제어기에 의해 제어되도록 되어 있다.
장력보정장치(10)는 다수의 와인딩 장치(4)로부터의 검출신호를 수신할 수 있도록 되어 있고, 장력센서(13; 13-1~13-n)에 연결된 장력신호 입력부(16)와, 트래버스 속도 센서(14; 14-1~14-m)에 연결된 트래버스 속도신호 입력부(17), 와인딩 속도 센서(15; 15-1~15-m)에 연결된 와인딩 속도 입력부(18) 및, 장력보정처리를 하기 위한 제어부(19)를 갖추고 있다. 데이터를 입력하기 위한 키보드(20) 및 마우스(21), 경보등(22), 경보부저(23), 디스플레이(24) 및 데이터를 인쇄하기 위한 프린터(25)가 장력보정장치(10)에 연결되어 있다. 프린터(25)를 통해 이상데이터를 출력하도록 해도 좋다.
장력센서(13)는 와인딩 장치(40) 1대에 대해 1개 설치한 구성으로 할 수도 있다.
장력신호 입력부(16)는, 장력센서(13)로부터의 검출신호가 아날로그 신호의 경우는, 장력센서(13)로부터 전달된 신호내의 불필요한 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 가지며, 그 차단주파수(fc)는 5Hz 전후이다. 저역통과필터로서는 아날로그 하드웨어회로 또는 소프트웨어에 의한 디지탈 필터를 사용한다. 장력센서(13)로부터 전달된 검출신호가 디지털 신호의 경우는, 장력신호 입력부(16)는 병렬신호를 직렬신호로 변환하는 컨버터(converter)를 갖춘다.
트래버스 속도신호 입력부(17)는 트래버스 속도센서(14)로부터 전달된 검출신호를 카운트하여 제어부(19)로 출력한다. 와인딩 속도 입력부(18)는 와인딩 속도 센서(15)로부터 전달된 검출신호를 카운트하여 제어부(19)로 출력한다.
제어부(19)는 마이크로 컴퓨터, 개인용 검퓨터 또는 PLC(programmable logic computer)로 구성될 수 있다. 풀 와인딩 예령신호(full winding advance signal)가 와인딩 제어장치(9)로부터 제어부(19)로 입력되어, 실이 가득찬 보빈으로부터 빈 보빈으로의 절체시의 장력변동으로 인해 발생하는 이상신호가 출력되지 않도록 하고 있다.
본 발명은 실장력(T)의 변화율 (△T)를 이용한다. 먼저 분석이 행하여 실장력의 변화율(△T)과 트래버스 속도(VTR)의 변화율(△VTR)의 관계, 상술한 트래버싱 방법, 실의 종류, 와인딩 속도 및 트래버스 속도를 구한다. 트래버스 속도의 변화율(△VTR)이 ±10%인 경우, 실장력의 변화율 (△T)은 ±3~15%의 범위에 있음을 알 수 있다.
이 관계는 다음 방정식으로 표현될 수 있다.
(1)
여기서, VTR(0)은 트래버스 속도(VTR)의 현재값이고, VTR(-1)은 변화전의 트래버스 속도 (VTR)의 이전값이다.
(2)
여기서, T(0)는 장력 T의 현재값이고, T(-1)는 변화전의 장력의 이전값이다.
△T=KTR×△VTR(3)
이것은 실장력의 변화율(△T)과 트래버스 속도의 변화율(△VTR) 관계이고, 여기서 KTR은 보정계수이다. 보정계수(KTR)는 범위 0.3~1.5 의 범위에 존재하는 적당한 값이다.
따라서, 트래버스 속도의 변화에 기인하여 발생하는 변화된 장력(DT)을, 미리 검출된 값 및 실장력의 변화율(△T)과 트래버스 속도의 변화율(△VTR)의 관계로부터 얻어지는 보정인자(KTR)을 이용하여 산출할 수 있다. 보정된 장력(CT)은 다음식과 같이 검출된 현재 장력[T(0)]로부터 변화한 장력(DT)을 감산함으로써 산출할 수 있다.
CT=T(0)-DT (4)
보정된 장력(CT)는 방적공정에서의 이상을 판단하는데 이용될 수 있다. 검출된 장력(T)의 함수로서 결정된 이상판단기준이 방적공정의 이상을 판단하는데 이용될 때, 이상판단기준을 실장력의 변화율(△T)에 따라 변화시켜 트래버스 속도의 변동에 의해 발생하는 실장력의 변동에 있어서 어떠한 이상도 검출되지 않도록 할 수도 있다.
(예 1)
다음의 실험을 행했다. 사용된 실은 폴리에스테르(polyester)에서 뽑아낸실(75D-36f)이고, 와인딩 속도는 4800m/min이며, 트래버스 속도는 대략 500m/min이고, 트래버스 속도의 보정계수(KTR)는 0.75이다. 장력센서(13)에 의해 검출되는 장력을, 트래버스 속도센서(14)에 의해 검출된 트래버스 속도의 변화율 (△VTR)을 이용하여 보정함으로써, 장력값이 역방향[역부호(reverse sign)]으로 정정되도록 하였다. 그 결과는 도 3 내지 도 6의 "보정된 장력"으로 표시된 커브(curve)로 나타내고, 어떤 불필요한 이상신호를 출력하지 않고 와인딩 동작을 행할 수 있었다.
도 3 내지 도 8에서의 각 커브는 서로 중첩되지 않도록 하기 위해 임의의 척도로 각각 수직으로 어긋나게 하여 도시하고 있다.
상술한 실시예에서의 트래버스 속도 센서(14)에 의해 검출하는 값 대신에, 와인딩 제어장치(9)로부터 트래버스 기구(5)로 전달된 트래버스 속도로서의 와인딩 상태 명령신호를 이용하여 검출된 장력의 보정을 행하는 것도 가능하다.
다음에, 실장력(T) 및 와인딩 속도(Vw)를 측정한 바, 그 결과는 도 7에 나타낸 바와 같은 상태로 변화했다. 와인딩 속도(VW)의 변화율 (△VW)은 다음과 같이 표현된다.
(5)
여기에서 VW(0)는 와인딩 속도(VW)의 현재값이고, VW(-1)은 변화전의 와인딩 속도(VW)의 이전값이다. 이러한 경우에도 식(2)가 적용된다.
실장력의 변화율(△T)과 와인딩 속도(VW)의 변화율(△VW)의 관계는 다음과 같이 표현된다.
△T=KW×△VW(6)
실장력의 변화율(△T)과 와인딩 속도(VW)의 변화율(△VW) 사이의 관계를 측정한 바, 그 결과는 도 7에서 나타낸 바와 같은 상태로 변화했다. 보정계수(KW)는 보정계수(KTR)와 마찬가지로 구할 수 있고, 보정계수(KW)는 30~150의 범위에 있다.
트래버스 속도의 변동에 기인하여 실장력의 변동이 발생할 때, 실장력의 변화율(△T)을 기초로 하여 이상판단기준이 변화시켜 이상이 검출되지 않도록 할 수 도 있다.
(예 2)
사용된 실은 폴리에스테르에서 뽑아낸 실(75D-36f)이고, 와인딩 속도는 4800m/min이고, 트래버스 속도는 대략 500m/min이고, 와인딩 속도 보정계수(KW)는 65의 조건에서 다음의 실험이 행하였다. 장력센서(13)에 의해 검출된 장력은, 와인딩 속도 센서(15)에 의해 검출된 와인딩 속도의 변화율(△VW)을 이용하여 보정함으로써, 검출된 값이 역방향(역부호)으로 정정되도록 하였다. 그 결과는 도 7에 "보정된 장력"으로 표시된 커브로 나타내고, 어떤 이상신호를 출력하지 않고 와인딩 동작을 행할 수 있었다.
또, 상술한 실시예에서의 와인딩 속도 센서(15)에 의해 검출된 값 대신에, 와인딩 제어장치(9)로부터 트래버스 기구(5)로 전달한 와인딩 속도값으로서의 와인딩 상태 명령신호를 이용하여 검출된 장력의 보정을 행하는 것도 가능하다.
트래버스 속도의 변동에 기인하여 장력에 변화가 발생할 때, 실장력의 변화율(△T)을 기초로 하여 이상판단기준을 변화시켜 이상이 검출되지 않도록 할 수도 있다.
상술한 실시예를, 트래버스 속도 센서(14) 또는 와인딩 속도 센서(15)에 의해 검출되는 트래버스 속도의 변화율(△TTR) 또는 와인딩 속도의 변화율(△TW)를 기초로 산출되는 변화된 장력(DT) 및 장력센서(13)에 의해 검출되는 장력(T)을 기초로 산출된 보정된 장력(CT)에 의해 이상판단기준의 범위를 변화시키는 방법으로 장력보정장치(10)내의 제어부(19)에 있어서 변경시킬 수 있고, 이에 따라 공정의 이상을 판정할 수 있다.
도 8은 보정된 이상판단기준을 나타낸 것이다. 이 경우, 리본 점프 트래버싱방법으로 와인딩을 실행하고, 트래버스 속도는 1 내지 5초, 바람직하게는 1초의 간격으로 검출된다. 도 8에 있어서, 점선은 검출된 트래버스 속도를 나타내고, 이상판단기준은 상한선과 하한선 사이의 범위에 있다. 공정의 상한선과 하한선이 트레버스 속도 센서(14)에 의해 검출된 트래버스 속도의 변화율(△TTR)에 대응하여 보정되고, 이상을 검출하기 위해 장력센서(13)에 의해 검출된 장력(T)이 보정된 이상 판단기준과 비교된다.
KTR및 KW를 결정하기 위해, 식 (3) 및 (6) 대신에 다음의 식 (7) 및 (8)을 사용할 수 있다.
(7)
여기서는, 장력(T) 및 트래버스 속도(VTR)를 이용한다.
(8)
여기서는, 장력(T) 및 와인딩 속도(VW)를 이용한다.
예컨대, 보정계수(KTR')는 0.93~1.05의 범위에 있고, 보정계수(KW')는 3.6~ 14.5의 범위에 있다.
이 경우는, 검출된 장력[T(0)]에 보정계수 KTR' 또는 KW'를 곱함으로써 보정을 행한다. 또, 이상판단기준치에 보정계수 KTR' 또는 KW'를 곱함으로써 보정을 행할 수도 있다.
또, 상술한 보정계수 KTR,KW,KTR' 및 KW' 가 정수가 아니라 트래버스 속도( VTR)및 와인딩 속도(VW)의 함수에 의해 구할 수도 있다.
즉, 다음과 같이 KTR을 결정할 수 있다.
KTR=f(VTR) (9)
여기서, 와인딩 속도는 근사식으로 삽입할 수 있다.
본 발명은 상술한 각 식에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 트래버스 속도의 변화 및 와인딩 속도 의 변화에 기인한 실장력의 변동을 이상으로 잘못 판단하지 않고, 방적공정에서의 어떤 이상을 용이하게 검출할 수 있다.

Claims (4)

  1. 방적공정에서 방사장치에 의해 방출된 실이, 트래버스 기구, 보빈을 장착하기 위한 스핀들 및 상기 보빈의 주위에 둘러싸인 실에 접촉하여 실에 표면장력을 부여하는 접촉롤러를 포함하는 와인딩 장치에 의해 감길 때에, 방적공정에서의 이상을 검출하기 위해 와인딩 장치의 위쪽에 설치된 실장력 검출수단에 의해 검출되는 실의 장력을 감시하는 방법에 있어서,
    와인딩 상태 검출수단에 의해 검출된 와인딩 상태의 변화율에 대응하여 상기 실장력 검출수단에 의해 검출된 장력을 보정하는 단계와,
    보정된 장력을 기초로 하여 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 실장력 감시방법.
  2. 제1항에 있어서, 검출되는 상기 와인딩 상태는 트래버스 속도 및 와인딩 속도 중의 하나인 것을 특징으로 하는 실장력 감시방법.
  3. 방적공정에서 방사장치에 의해 방출된 실이, 트래버스 기구, 보빈을 장착하기 위한 스핀들 및 상기 보빈의 주위에 둘러싸인 실에 접촉하여 실에 표면장력을 부여하는 접촉롤러를 포함하는 와인딩 장치에 의해 감길 때에, 방적공정에서의 이상을 검출하기 위해 와인딩 장치의 위쪽에 설치된 실장력 검출수단에 의해 검출되는 실의 장력을 감시하는 방법에 있어서,
    와인딩 상태 검출수단에 의해 검출된 와인딩 상태의 변화율에 대응하여 이상판단기준을 보정하는 단계와,
    보정된 이상판단기준을 기초로 하여 방적공정이 정상상태인지 아닌지를 판단하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 실장력 감시방법.
  4. 제3항에 있어서, 검출되는 상기 와인딩 상태는 트래버스 속도 및 와인딩 속도 중의 하나인 것을 특징으로 하는 실장력 감시방법.
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