KR20010039623A - 방적사의 인장을 검출하는 장치 및 방적사 센서 - Google Patents

방적사의 인장을 검출하는 장치 및 방적사 센서 Download PDF

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KR20010039623A
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하라 다카시
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Abstract

본 발명의 방적사 인장 검출장치는, 권취기의 정점 가이드와 횡단장치 사이에 있는 방적사 위치센서와, 횡단장치 근방에 배치된 방적사 가이드 위치센서를 포함한다. 횡파의 겉보기 전파속도는 횡단장치에 의해 횡파가 전달될 때의 시간으로부터 방적사 위치센서에 의해 횡파가 검출될 때의 시간 까지의 시간 주기에 기초하여 측정되고, 횡파의 실제 전파속도는 겉보기 전파속도를 기초하여 계산되어 방적사의 인장을 계산한다. 방적사 위치센서는 2H/3＜h＜5H/6에 의해 정의된 위치에 배치된다. 또한, 반사형 방적사 센서는 일렬로 배열된 다수 쌍의 발광소자와 수광소자를 포함한다.

Description

방적사의 인장을 검출하는 장치 및 방적사 센서{DEVICE FOR DETECTING YARN TENSION AND YARN SENSOR}
본 발명은 방적사 등을 생산하기 위한 장치에 사용되는 방적사의 인장을 검출하는 장치 및 적당한 방적사 센서에 관한 것이다.
합성 방적사나 그 밖의 방적사의 생산을 위한 장치에서 방적사의 인장을 검출하기 위한 장치가 공지되어 있고, 일본 공개 특허 공보(Kokai) 제H10-305966호에 공개되어 있다.
상기 방적사 인장을 검출하기 위한 장치는, 횡단장치의 운동에 기인하여 방적사에서 생성되는 횡파를 검출하기 위해서 횡단장치의 상류측에 구비된 방적사 위치센서와, 방적사 가이드의 위치를 검출하기 위해서 횡단장치 근방에 배치된 방적사 가이드 위치센서와, 횡파가 전달될 때의 시간으로부터 방적사 위치센서에 의해 횡파가 검출될 때의 시간 까지의 시간 주기에 기초하여 횡단장치에 의해 알려진 횡파의 겉보기 전파속도를 측정하기 위한 측정수단 및, 방적사의 진행 속도와 횡파의 겉보기 전파속도에 기초하여 횡파의 실제 전파속도를 계산하기 위한 계산수단을 포함한다.
방적사의 인장을 검출하기 위한 상기 장치에 있어서, 횡단장치의 왕복운동에 의해 전달된 횡파의 반복 사이클의 피크의 전파속도는 방적사 위치센서와 방적사 가이드 위치센서 각각으로부터 발생되는 방적사 검출신호의 시간 차이와, 방적사 위치센서와 방적사 가이드 위치센서 사이의 거리에 기초하여 측정되고, 이 측정값으로부터 방적사의 인장이 계산된다.
방적사 인장을 검출하기 위한 상기 장치의 제1문제점은, 시간 측정의 정확도가 높지 않는한, 방적사 위치센서와 방적사 가이드 위치센서 사이의 거리가 작은 경우 측정 시간이 너무 짧아 원하는 정확도의 측정속도를 얻지 못한다는 것이다.
또한, 제2문제점은, 황단 가이드의 이동방향이 반전 될 때 방적사의 인장이 순간적으로 증가하고, 이 증가된 값이 평균 인장값으로서 측정된다는 것이다.
그리고, 제3문제점은, 제1 및 제2문제점을 해결하기 위해서, 방적사 위치센서와 방적사 가이드 위치센서 사이의 거리가 보다 길게 되도록 방적사 위치센서가 정점 가이드에 더 근접하게 배치되면, 방적사 검출 위치에서의 방적사의 변위가 보다 작아져 방적사가 방적사 위치센서의 검출범위 내에 머물게 되므로, 방적사의 만곡 부분이 확실하게 검출될 수 없게 된다.
방적사 위치센서가 정점 가이드와 횡단장치 사이의 중간 위치에 배치되면, 횡단장치의 갑작스러운 방향전환 운동에 기인하여 정점 가이드를 향하여(상류방향으로) 전파되는 방적사에서의 횡파의 만곡 부분이 보다 크게 되므로, 방적사는 방적사 위치센서와 접촉 및 마찰되어 방적사 품질에 악영향을 미치거나 방적사가 검출 범위로 들어가지 못해 방적사 검출이 불가능하게 될 수 있다. 이것이 제4문제점이다.
방적사 위치센서는 발광소자와 수광소자를 갖는 방적사 센서를 포함하고, 정점 가이드와 횡단가이드 사이의 위치에 배치되어 광선이 횡단가이드와 정점 가이드를 포함하는 방적사 경로 평면의 외측으로부터 방적사로 방출되도록 한다.
그러나, 정점 가이드로부터 횡단가이드로 진행하는 방적사가 횡단가이드의 이동 방향 및 이에 수직한 방향 모두로 진동하므로, 방적사의 밀도 및/또는 방적사의 인장이 소정 범위내에 있는 경우 횡단가이드의 이동 방향에 수직한 방향으로 방적사가 크게 변위될 수 있다.
이러한 상태가 되면, 방적사 경로는 발광소자 및 수광소자의 검출영역으로부터 벗어나게 되어 방적사의 검출이 불가능하게 된다.
방적사를 검출하는 것이 불가능하면, 측정 인장값은 비정상으로 판단되어, 방적사의 품질 제어가 측정 인장값에 따라 수행되는 경우에, 정상 품질을 갖는 방적사가 비정상 품질을 갖는 것으로 잘못 분류될 수 있는 문제점을 야기시킨다.
본 발명의 목적은, 방적사의 품질을 저하시키지 않고 방적사의 횡단 운동에 기인하는 인장 증가에 의해 영향받지 않으면서 정확하게 평균 인장을 측정할 수 있는 인장 검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방적사 센서에 대한 방적사의 위치가 횡단가이드의 이동 방향에 수직한 방향으로 벗어나더라도 방적사를 확실하게 검출할 수 있는 방적사 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 방적사 인장을 검출하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 횡단장치의 예를 도시한 도면,
도 3은 발광소자 및 수광소자를 갖는 방적사 위치센서를 도시한 도면,
도 4는 횡단가이드가 일방향으로 이동할 때 방적사에서 횡파의 전파를 도시한 개략적인 도면,
도 5는 횡단가이드가 반대방향으로 움직일 때 방적사에서의 횡파의 전파를 도시한 개략적인 도면,
도 6은 횡단가이드가 일방향으로 이동할 때 방적사에서의 횡파의 전파를 도시한 개략적인 도면,
도 7은 정점 가이드로부터 방적사의 만곡 부분으로 확장된 방적사 경로에 대한 방적사 위치센서의 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 8은 방적사의 만곡 부분으로부터 횡단가이드로 확장된 방적사 경로에 대한 방적사 위치센서의 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 9는 방적사 가이드 위치센서로부터의 출력파형과 방적사 위치센서로부터의 출력파형 사이의 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 10은 횡단 운동중인 방적사의 인장을 도시한 개략적인 도면,
도 11은 전파 경로에서 방적사의 만곡 부분의 외측 확장부를 도시한 개략적인 도면,
도 12는 방적사 위치센서의 방적사 검출 범위를 도시한 개략적인 도면,
도 13은 횡단 방향에서 방적사의 이동 상태를 도시한 개략적인 도면,
도 14는 본 발명의 제2실시형태에 따른 방적사 센서를 도시한 사시도,
도 15는 하나의 센서 유닛에서 발광소자와 수광소자 사이의 위치 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 16은 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 발광소자들 사이의(수광소자 사이의) 위치 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 17은 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 발광소자와 수광소자 사이의 위치 관계를 도시한 개략적인 도면,
도 18은 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 방적사의 감지범위를 도시하는 개략적인 도면,
도 19는 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 20은 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 21은 2개의 센서 유닛의 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 22는 2개의 센서 유닛의 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 23은 2개의 센서 유닛의 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 24는 종래의 방적사 센서의 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 25는 방적사 권취기에 배열된 본 발명에 따른 방적사 센서를 도시한 개략적인 도면,
도 26은 발광소자와 수광소자 사이의 위치 관계가 적당하지 않을 때 얻어지는 방적사 감지범위를 도시한 개략적인 도면,
도 27은 도 14에 나타낸 방적사 센서에서 발광소자와 수광소자 사이의 부적당한 위치관계를 도시한 개략적인 도면이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 방적사를 안내하는 정점 가이드와 방적사를 왕복시키는 횡단장치를 갖춘 권취기에서 방적사의 인장을 검출하기 위한 장치를 제공하는데, 이 검출장치는 횡단장치의 운동에 의해 전달된 방적사의 횡파를 검출하기 위해서 정점 가이드와 횡단장치 사이에 구비된 방적사 위치센서와, 안내된 방적사의 위치를 검출하기 위해서 횡단장치의 근방에 배치된 방적사 가이드 위치센서, 횡단장치에 의해 횡파가 전달될 때의 시간으로부터 방적사 위치센서에 의해 횡파가 검출될 때의 시간 까지의 시간 주기에 기초하여 횡파의 겉보기 전파속도를 측정하기 위한 측정수단 및, 방적사의 진행 속력과 횡파의 겉보기 전파속도를 기초하여 횡파의 실제 전파속도를 계산하기 위한 계산수단을 구비한다.
본 발명의 방적사 인장 검출장치는, 방적사 위치센서가 2H/3＜h＜5H/6의 관계를 만족시키는 위치(여기서, "h"는 횡단장치와 방적사 위치센서 사이의 거리이고, "H"는 정점 가이드와 횡단장치 사이의 거리)에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방적사 센서는, 케이스와, 각각 광축을 구비하면서 케이스내에 배열된 다수 쌍의 발광 및 수광소자를 구비한다. 본 발명의 방적사 센서는, 제1위치에서 한쌍의 발광소자의 광축이 상기 한쌍의 수광소자의 광축과 교차하고, 제2위치에서 하나의 수광소자의 광축이 상기 하나의 수광소자에 인접하게 위치된 다른 수광소자의 광축을 교차하며, 제3위치에서 하나의 수광소자의 광축이 상기 하나의 수광소자에 인접하게 위치된 다른 수광소자의 광축과 교차하고, 상기 케이스와 상기 제2 및 제3위치 각각과의 사이의 거리가 상기 케이스와 상기 제1위치 사이의 거리 보다 큰 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따라서 방적사의 인장을 검출하기 위한 장치를 도시한 개략적인 도면이다. 방적사 인장을 검출하기 위한 장치는 방적사를 안내하는 정점 가이드(1)와 방적사를 왕복시키는 횡단장치(2)를 갖는 권취기내에 배열된다. 상기 검출장치는, 횡단장치(2)의 운동에 의해 전달된 방적사의 횡파를 검출하기 위해서 정점 가이드(1) 및 횡단장치(2) 사이에 배치된 방적사 위치센서(4)와, 방적사의 안내 위치를 검출하기 위해서 횡단장치(2)의 근방에 배치된 방적사 가이드 위치센서(3), 횡파가 횡단장치에 의해 전달될 때의 시간으로부터 횡파가 방적사 위치센서에 의해 검출될 때의 시간 까지의 시간 주기에 기초하여 횡파의 겉보기 전파속도를 측정하기 위한 측정수단(5), 방적사의 진행 속력과 횡파의 겉보기 전파속도에 기초하여 횡파의 실제 전파속도를 계산하기 위한 계산수단(6) 및, 인장 신호를 발생시키기 위한 I/O인터페이스(15)를 포함한다.
횡파의 전파속도는 방적사 진행방향에 수직한 방향으로의 방적사 변위의 이동 속력이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 횡단장치(2)는 전기모터(8)에 의해 회전되는 스크롤 캠(9)과 맞물림으로써 왕복으로 이동하는 횡단가이드(10)를 포함한다.
방적사 위치센서(4)는 광 방출기, 광 수신기, 신호 증폭기 및, 비교기를 포함하는 반사형 광전센서를 구비한다.
방적사 위치센서(4)는, 정점 가이드(1)와 그리고 횡단가이드(10)의 왕복이동의 진로(B'에서 C'로)를 포함하는 방적사의 이동 평면의 바깥쪽으로부터 이 이동평면에 평행한 평면(예컨대, 대체로 방적사 이동 평면에 평행한 방향으로) 내에서 방적사를 향해 광선을 방출하도록 배열된다.
방적사 가이드 위치센서(3)는 반사형 광전 센서나 용량형 센서를 구비하여, 횡단가이드(10)의 방적사 안내부의 위상을 검출한다.
측정수단(5)은 방적사 가이드 위치센서(3)로부터의 신호와 방적사 위치센서(4)로부터의 신호에 기초한 시간 차이를 검출하기 위한 시간 차이 검출회로(11)와, 시간 차이 검출회로(11)에서 얻어진 시간 차이에 기초하여 횡파의 겉보기 전파속도를 계산하기 위한 계산회로(12)를 구비한다.
계산수단(6)은 횡파의 겉보기 전파속도와 미리 입력된 방적사 진행 속력에 기초하여 횡파의 실제 전파속도를 계산하기 위한 계산회로(13)와, 방적사의 크기 및 횡파의 실제 전파속도로부터 방적사의 인장을 계산하기 위한 인장 계산회로(14)를 구비한다.
I/O인터페이스(15)가 키보드(19)에 연결되는바, 이에 의해 방적사의 크기나 방적사의 진행 속력 또는 그 밖의 것이 입력되고, 필요하다면 CRT디스플레이(16) 및 데이터의 인쇄를 위한 프린터에 연결된다.
물론, 상기 계산은 상기 계산회로(12)에서 개별적으로 수행되고, 속도 계산회로(13) 및 인장 계산 회로(14)가 단일 계산수단에서 달성될 수 있다.
상기 계산을 수행하기 위해서, 하드웨어 회로대신 컴퓨터 소프트웨어가 사용될 수 있다.
방적사 위치센서(4)는 2H/3＜h＜5H/6의 관계를 만족시키는 위치에 배치된다. 여기서, "h(m)"는 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(4) 사이의 거리이고, "H(m)"는 정점 가이드(1)와 황단장치(2) 사이의 거리이다.
이하, 방적사 인장 검출장치의 인장 검출 동작을 설명한다.
방적사(100)가 정점 가이드(1)와 횡단장치 사이를 진행하는 동안, 방적사 가이드 위치 센서(3)는 횡단가이드(10)가 횡단 단부 지점(C')에 도달할 때 횡단가이드(10)를 검출하고 신호를 발행한다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이 지점(C)과 지점(A) 사이에서 방적사 위치센서(4)에 의해 방적사(100)가 검출된다. 도 3에 있어서, 방적사 위치센서(4)는 렌즈를 갖는 발광소자(4a)와 렌즈를 갖는 수광소자(4b)를 포함하고, 검출 영역이 도시된 바와 같이 구획된다.
도 4 내지 도 6은 방적사에서 횡파의 전파를 도시하기 위해서 방적사(100)의 프로파일을 나타낸다. 도 4는 횡단가이드(10)가 방향(F)으로 이동될 때의 방적사(100)에서 횡파의 전파를 나타낸다. 도 5는 횡단가이드(10)가 반대방향(G)으로 이동될 때의 방적사(100)에서 횡파의 전파를 나타낸다. 도 6은 도 4와 다소 다른 모드에서, 황단 가이드(10)가 방향(F)으로 이동될 때의 방적사(100)에서 횡파의 전파를 나타낸다. 방적사 위치센서(4)는 도 5의 상태에서 방적사(100)를 검출하기 위해 적용된다.
방적사(100)가 감기는 동안, 일반적으로 횡단가이드(10)는 거의 일정 속력으로 이동하지만, 횡단가이드(10)는 횡단 단부(B' 또는 C')에서 급감속 및 급가속을 수반하면서 그 이동 방향을 반전한다. 이러한 급격한 방향전환에 기인하여 횡파가 생성되고, 방적사(100)에서 작은 곡률의 만곡 부분(D)으로서 정점 가이드(1)를 향해 상부로 전파되고, 방적사(100)의 형상은 횡단가이드(10)가 일정 속력으로 지점(B')로부터 지점(C')으로 이동될 때 방적사(100)의 형상에 대응하는 제1부분과 횡단가이드(10)가 일정 속도로 지점(C')으로부터 지점(B')으로 움직일 때 방적사(100)의 형상에 대응하는 제2부분의 합이 되는데, 만곡부분(D)이 이 제1부분과 제2부분 사이에 형성된다.
그러므로, 도 7에 나타낸 바와 같이 정점 가이드(1)와 만곡 부분(D)을 연결하는 방적사 경로에 방적사 위치센서(4)가 위치될 때 수광량을 최대로 하기 위해서 반사광이 수광소자(4b)와 대체로 일직선 정렬되고, 도 8에 나타낸 바와 같이 소정 각도(Φ)로 만곡 부분(D)과 횡단가이드(10)의 A'지점을 연결하는 방적사 경로상에 방적사 위치센서(4)가 위치될 때 수광량을 감소시키기 위해서 반사광이 수광소자(4b)와 정렬되지 않도록, 발광소자(4a) 및 수광소자(4b)를 갖는 방적사 위치센서(4)를 배열하는 것이 가능하다.
만곡 부분(D)과 방적사 위치센서(4) 사이의 거리(δ)가 발광소자(4a) 및 수광소자(4b)의 발광 및 수광 영역(E) 내에서 변하더라도, 만곡 부분(D)이 통과 하기전 보다 만곡 부분(D)이 통과한 후에 신호가 확실히 작게 되므로, 방적사 위치센서(4)로부터 발해진 신호의 변화를 감지함으로써 만곡 부분(D)의 통과를 확실히 검출하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 각도(Φ)는 10°로부터 30°의 범위이고, 거리(δ)는 10mm로부터 30mm까지의 범위이다.
도 9는 방적사 가이드 위치센서(3)로부터의 출력파형과 방적사 위치센서(4)로부터의 출력파형을 나타낸다.
시간 차이 검출회로(11)에 있어서, 방적사 가이드 위치센서(3)에 의해 횡파가 검출된 시간으로부터 방적사 위치센서(4)에 의해 전파하는 횡파가 검출되는 시간 까지의 시간 주기(t1)가 계산되고 횡파의 전파시간으로서 출력된다.
계산회로(12)에 있어서, 횡파의 겉보기 전파속도(V0(m/sec))는 횡파의 전파 시간(t1)과 그리고 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(3) 사이의 거리(L(m))에 기초하여 관계식 Vo=L/t1을 사용하여 계산된다.
그 다음, 겉보기 전파속도(Vo(m/sec))는 계산수단(6)으로 출력되고, 속도 계산회로(13)에서 횡파의 겉보기 전파속도 (Vo(m/sec))와 방적사 진행 속력(Va(m/sec))을 기초로 이하 기재된 관계식을 사용하여 횡파의 실제 전파속도(V(m/sec))가 계산된다. 한편, 상기 방적사 진행속력은 방적사 권취속력이나 상류측의 방적사 공급 속력이 될 수 있다.
방적사 권취속력이 사용되면, Va= 권취속력×1/cosθ와 같이 횡단 각도(θ)를 고려하여 권취속도를 수정함으로써 정확성을 높일 수 있다.
Va는 키보드(19)를 통해 입력될 수 있거나 권취기에 탑재된 속력 센서에 의해 검출된 권취속력이 직접적으로 입력될 수 있다.
횡파의 실제 전파속도(V(m/sec))는, 방적사 가이드 위치센서(4)가 방적사의 진행방향에서 볼 때 횡단장치(2)의 상류에 배치되면 V=L/t1+Va로 나타내지고, 방적사 가이드 위치센서(4)가 방적사의 주행방향에서 볼 때 횡단장치(2)의 하류에 배치되면 V=L/t1-Va로 나타내진다.
속도 계산회로(13)에 의해 계산된 횡파의 실제 전파속도(V)가 인장 계산회로(14)에 입력될 때, 방적사 인장(T(Kgf))이 횡파의 실제 전파속도(V)와 방적사의 단위길이당 무게(선형밀도;ρ(Kg/m)에 기초하여 식 T=ρV2/9.807을 사용하여 계산된다.
한 예에 있어서, 상기 방적사 인장 검출장치는 정점 가이드(1)와 횡단장치(2) 사이의 거리(H)가 0.46m이고 방적사 경로에 대한 센서 배열각도(Φ)가 20°이며 만곡 부분(D)과 방적사 위치센서(4) 사이의 거리(δ)가 20mm이도록 배치되고, 횡단운동에 따라 권취속력 4800m/min로 권취되는 0.008g/m의 방적사 무게(ρ:방적사 밀도)를 갖는 폴리에스테르 필라멘트 방적사(75d/36f)에 대해서 방적사 인장이 검출된다. 실제 인장 측정범위에 있어서, 횡파의 전파속도는 30m/s로부터 100m/s까지의 범위이다.
전파속도를 측정할 때, 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(3) 사이의 거리(h)가 0.31m인 경우, 측정시간 "t"는 0.01sec로부터 0.0031sec 까지의 범위에 있는 바, 이는 1m/sec의 전파속도를 위한 측정 해상도를 얻기 위해서 0.00003sec의 해상도가 필요하다는 것을 의미한다. 이에 반하여, 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(3) 사이의 거리(h)가 0.1m이면, 측정시간 "t"는 0.003sec로부터 0.001sec까지의 범위에 있는 바, 이는 1m/sec의 전파속도를 위한 측정 해상도를 얻기 위해서 0.00001sec의 해상도가 필요하다는 것을 의미한다.
즉, 해상도가 동일한 경우에 있어서, 속도 측정의 해상도는, 거리(h)가 3배가 되면 3배가 된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 횡단운동동안의 방적사의 인장은 횡단가이드(10)가 그 이동 방향을 반전할 때 증가하고, 여기서 거리(h)가 0.1m이면 측정된 인장은 15.5g이고, 거리(h)가 0.31m이면 측정 인장은 14.2g인 바, 이는 거리(h)가 커질수록 순간 인장 비율이 측정 주기내에서 다른 인장값에 비하여 작게 증가하는 것을 의미한다. 이에 따라, 적정한 평균 인장을 얻을 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 방적사가 횡단운동하는 동안 만곡 부분의 전파 경로가 외측으로 확장되는 경우가 있을 수 있다. 거리(h)가 0.1m 및 0.31m 일 때, 확장량은 대략 10mm이다. 이에 반하여, 거리(h)가 0.2m일 때, 최대 확장량은 거의 20mm에 달한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 방적사 위치센서(4)의 검출 범위가 5mm로부터 15mm 까지의 범위에 있으므로, 방적사는 검출 범위를 벗어날 수 있어 방적사 검출의 실패나 방적사 위치센서(4)와의 접촉을 일으키므로, 거리(h)가 0.2m일 때 방적사 품질에 나쁜 영향을 미치게 된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 거리(h)가 0.4m이면 방적사의 변위는 대략 15mm이고, 방적사 위치센서(4)의 검출 범위내에 항상 방적사가 남을 수 있는 바, 이는 만곡 부분이 검출될 수 없음을 의미한다. 한편, 거리(h)가 0.38m이면, 방적사 변위는 20mm로 되어 방적사 위치센서(4)의 검출 범위를 초과하므로, 만곡 부분의 신뢰할 수 있는 검출로 귀결된다.
거리(h)가 0.4m일 때, 센서 전방에서 방적사의 이동범위는 너무 짧으므로, 정점 가이드(1)로부터의 반사파가 만곡 부분(D)의 감지 후 즉각적으로 센서에 의해 감지될 수 있어 잘못된 방적사 검출을 야기시킨다.
이러한 문제점을 고려하여, 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(4) 사이의 거리(h)는 0.31m로부터 0.38m까지의 범위에 있어야 한다.
다음, 정점 가이드(1)와 횡단장치(2) 사이의 거리(H(m))를 0.3m로 가정한다. 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(4) 사이의 거리(h)가 0.2m이면, 측정될 시간이 2배이므로 거리(h)가 0.1m인 경우와 비교하여 측정된 속도의 해상도가 2배가 된다. 또한, 거리(h)가 0.2m일 때, 보다 적정한 평균 인장값인 15.3g이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이점에 있어서, 나중의 경우, 평균 인장값은 16.2g이다.
방적사 경로의 변형량은 거리(h)가 0.2m일 때 8mm이고, 거리(h)가 0.15m일 때 15mm이며, 거리(h)가 0.24m일 때 10mm이고, 거리(h)가 0.26m일 때 16mm이다. 거리(h)가 0.25m 이상일 때, 방적사가 측정영역으로 들어가지 않아 잘못된 동작을 야기시키는 경우가 있을 수 있다.
정점 가이드(1)와 횡단장치(2) 사이의 거리(H)가 0.6m인 것으로 가정한다. 횡단장치(2)와 방적사 위치센서(4) 사이의 거리(h)가 0.4m이면, 측정될 시간이 4배이므로, 측정된 속도의 해상도는 거리가 0.1m인 경우에 비해서 대략 4배가 된다. 또한, 거리(h)가 0.4m일 때, 보다 적정한 평균 인장값인 14.2g이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이점에 있어서, 나중의 경우 평균 인장값은 15.5g이다.
방적사 경로의 변형량은 거리(h)가 0.4m일 때 대략 12mm이고, 거리(h)가 0.3m일 때 22mm이며, 거리(h)가 0.46m일 때 39mm이고, 거리(h)가 0.55m일 때 16mm이다. 거리(h)가 0.5m 이상일 때, 방적사가 측정 영역으로 들어가지 않아 잘못된 동작을 야기시키는 경우가 있을 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 적정한 평균 인장이 검출가능하게 되고 방적사 경로의 외측 변형이 방적사 위치센서(4)의 검출영역으로 확실히 들어가도록, 방적사 위치센서(4)는 바람직하게는 정점 가이드(1)에 가능하면 근접 배치시킨다.
상기와 같이, 진행하는 방적사의 횡파가 검출된 위치(방적사 위치센서의 위치)는 다음 식을 만족시킬 필요가 있다.
2H/3＜h＜5H/6
여기서, h는 횡단장치(2)와 방적사 신호가 검출되는 위치(방적사 센서의 위치) 사이의 거리이고, H는 정점 가이드(1)와 횡단장치(2) 사이의 거리이다.
본 발명에 따른 방적사 인장을 검출하기 위한 장치는 진행하는 방적사에서 횡파를 검출하기 위한 방적사 신호 검출 위치가 2H/3＜h＜5H/6의 범위에 위치되도록 되어 있으므로, 속력 해상도의 향상을 위해서 전파속도에 대한 해상도를 향상시키지 않고 필요한 측정주기 및 측정의 정확성을 확실히 유지시키는 것이 가능하다. 또한, 필요한 측정 주기가 유지되므로, 횡단가이드의 반전에 따른 방적사 인장의 급속한 증가를 감소시킬 수 있어 방적사 인장의 급속한 증가에 따른 역효과를 피하면서 적정한 평균 인장값이 신뢰성 있게 그리고 정확하게 얻어지게 된다. 더욱이, 방적사의 이동거리가 적당한 범위로 선택되므로, 방적사 위치센서의 검출 영역에서 방적사가 잠시 정지되거나 또는 방적사와 센서가 접촉되는 것을 피할 수 있어서 방적사 품질의 저하 없이 방적사의 만곡 부분이 신뢰성 있게 검출된다.
도 14는 본 발명의 제2실시형태에 따른 방적사 센서(41)를 도시한 사시도이다. 방적사 센서(41)는 도 1의 방적사 위치센서(4)로서 사용될 수 있다. 참조부호 50a는 진행하는 방적사를 나타낸다.
방적사 센서(41)는 제1센서유닛(43)과, 제2센서유닛(44) 및, 제3센서유닛(45)이 일렬로 배열된 케이스(42)를 구비하여 구성된다.
제1센서유닛(43)은 발광소자(46a)와 수광소자(47a) 및 증폭기(48a)를 포함한다. 도 15에 나타낸 바와 같이 발광 및 수광소자(46a,47a)가 사이 각도(α1)로 케이스(42)내에 배열된다. 지점(I1)에서 발광소자(46a)의 축과 수광소자(47a)의 축이 교차한다. 렌즈(9a,10a)가 발광 및 수광소자(46a,47a) 상에 각각 구비된다. 도 15 및 도 16에 있어서, 일점 쇄선은 발광 및 수광소자의 광축을 가리킨다.
제2센서유닛(44)은 제1센서유닛(43)과 동일 구조를 갖고, 각도(α1)로 케이스(42)에 배열된 발광 및 수광소자(46b,47b)를 갖는다. 발광소자(46b)의 축은 지점(I2)에서 수광소자(47b)의 축과 교차한다. 또한, 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이, 제1센서유닛(43)의 발광소자(46a)(수광소자(47a))와 제2센서유닛(44)의 발광소자(46b)(수광소자(47b))가 사이 각도(α2)로 배열되어, 제2센서유닛(44)의 발광소자(46b)의 광축이 위치(P)에서 제1센서유닛(43)의 발광소자(46a)의 광축과 교차하고, 제2센서유닛(44)의 수광소자(47b)의 광축이 위치(Q)에서 제1센서유닛의 수광소자(47a)의 광축과 교차하는데, 이때 위치(P 또는 Q)와 케이스(42) 사이의 거리가 위치(I1 또는 I2)와 케이스(42) 사이의 거리보다 크다.
또한, 제3센서유닛(45)은 제1센서유닛(43)과 동일 구조를 갖고, 각도(α1)로 케이스(42)내에 배열된 발광 및 수광소자(46c)를 갖는다. 발광소자(46c)의 축은 지점(I3)에서 수광소자(47c)의 축과 교차한다. 그리고, 발광소자(46c)와 수광소자(47c)가 사이 각도(α2)로 배열되어, 제3센서유닛(45)의 발광소자(46c)의 광축이 위치(P)에서 제2센서유닛(44)의 발광소자(46b)의 광축을 교차하고, 제3센서유닛(45)의 수광소자(47c)의 광축이 위치(Q)에서 제2센서유닛(44)의 수광소자(47b)의 광축과 교차하는데, 이때 위치(P 또는Q)와 케이스(42) 사이의 거리는 위치(I2 또는 I3)와 케이스(42) 사이의 거리 보다 크다.
도 17은 발광소자(46a,46b,46c)와 수광소자(47a,47b,47c)의 광축 사이의 관계를 도시하는 바, 실선은 광축을 가리킨다.
2개의 인접한 발광소자 사이의 거리(A)가 8mm이고 2개의 인접한 수광소자 사이의 거리(B)가 8mm이며 각 발광소자(46a나 46b 또는 46c)와 각 수광소자(47a나 47b 또는 47c) 사이의 거리가 7mm이도록 발광소자(46a,46b,46c)와 수광소자(47a,47b,47c)가 배열된다. 또한, 제1센서유닛(43)의 발광소자(46a)의 축과 수광소자(47a)의 축 사이의 각도가 30°이고, 발광소자(46a,46b)의 축과 제1 및 제2센서유닛(43,44)의 수광소자(47a,47b)의 축 사이의 각도는 5°이다.
이러한 장치에 있어서, 제1센서유닛(43)의 발광소자 및 수광소자의 광축이 서로 교차하는 위치(I1)와 제3센서유닛(45)의 발광소자와 수광소자의 광축이 서로 교차하는 위치(I3) 사이의 거리는 14mm이다.
도 18은 발광소자에 의해 방출되고 위치(I1,I2,I3)에서 측정된 광량을 도시한다. 도 18의 그래프의 수평축은 도 14에서 위치(I1,I2,I3)를 포함하는 좌표의 X-축에 대응한다. 제1센서유닛(43)의 광량은 참조부호 101로 표시되고, 제2센서유닛(44)의 광량은 참조부호 102로 표시되며, 제3센서유닛(45)의 광량은 참조부호 103으로 표시된다. 3개의 센서유닛의 전체 광량은 참조부호 104로 표시된다.
도 19는 위치(I1)를 포함하는 X-축을 따른 광량의 분포를 도시하는데, 광량은 X-축에 대해서 Z 축의 방향으로 +5mm 변위된 지점에서 측정되고, 도 20은 X-축에 대해서 Z축의 방향으로 -5mm 변위된 지점에서 측정된 유사한 광량 분포를 도시한다.
도 21은 본 발명의 제1실시예의 장치에 2쌍의 센서유닛이 사용될 때, 위치(I1)을 포함하는 X-축을 따른 광량 분포를 도시한다. 도 22는 X-축에 대해서 Z축의 방향으로 +5mm 변위된 지점에서 측정된 유사한 광량 분포를 도시하고, 도 23은 X-축에 대해서 Z축 방향으로 -5mm 변위된 지점에서 측정된 유사한 광량 분포를 나타낸다.
이에 반하여, 도 24는 발광소자의 광축과 수광소자의 광축이 교차하는 위치를 포함하는 X-축을 따른 광량의 분포를 나타내는데, 상기 교차 위치는 종래의 방적사 센서(한쌍의 발광소자 및 수광소자만이 사용됨)에서 위치(I1 또는 I3)에 대응한다.
도 18과 도 21 및 도 23으로부터 명백한 바와 같이, 보다 많은 센서유닛이 있을수록 검출 범위가 횡단가이드의 이동 방향에 수직한 방향으로 보다 넓어진다.
도 25에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 방적사의 경로 평면에 평행 방향으로 이동하는 횡단가이드(10) 및 정점 가이드(1)를 포함하는 방적사 경로 평면의 외측으로부터 방적사로 광선이 방출되도록 방적사 센서(41)가 방적사 권취기의 정점 가이드(1)와 횡단가이드(10) 사이에 배치된다. 3300m/min로부터 4800m/min 까지의 속력(Vw)으로 진행하고 권취 각도가 4° 내지 9°에 있도록 횡단되는(횡단속력 Vt=Vw ×tanθ) 폴레에스테르 필라멘트 방적사(75d/36f)가 사용될 때, 2개의 센서유닛을 갖는 방적사 센서에 의해 그리고 3개의 센서유닛을 갖는 방적사 센서에 의해 방적사의 신뢰성 있는 검출이 가능하다.
또한, 3300m/min으로부터 4800m/min 까지의 속력으로 진행하고 권취 각도가 4° 내지 9°에 있도록 횡단되는 폴리에스테르 필라멘트 방적사(250d/36f)가 사용될 때, 상기와 같은 신뢰성 있는 방적사의 검출이 가능하다.
방적사 센서(41)에 있어서, 인접한 2개의 발광소자의 축들 사이나 인접한 2개의 수광소자의 축들 사이의 각도(각도(α2)의 대향각도)가 1°보다 작다면, 광축들의 교차점은 발광 및 수광소자의 광축들의 교차영역으로부터의 지나치게 멀므로, 도 26에 나타낸 바와 같이 측정영역내에 비-검출 영역이 있게 된다. 그러므로, 이 비-검출영역을 제거시키기 위해서, 발광 및 수광소자의 광축의 교차 각도를 더 작게 하여 위치(P)를 향해 검출 가능 영역이 변위되도록 하는 것이 요구되지만, 측정 영역이 변위되면 방적사를 향해 방출된 광량의 수준이 거리의 자승에 따라 감소되기 때문에 보다 얇은 방적사를 검출하기 어렵다.
도 27에 나타낸 바와 같이, 2개의 인접한 발광 또는 수광소자의 축들 사이의 각도가 25°보다 크면, 이 2개의 인접한 발광 또는 수광소자의 광축들이 서로 교차하는 위치(P)는, 각 발광소자 및 각 수광소자의 광축들이 서로 교차하는 위치(I1,I2,I3) 보다 발광 및 수광소자에 더 접근하므로, 검출영역이 위치(P)에서 확장되지 않는다. 또한, 제1센서유닛(43)과 제2센서유닛(44) 및 제3센서유닛(45) 사이의 검출 거리는 위치(I1 내지 I3)에 대해서 (+)Z-축 방향으로 크게 확장되므로, 비검출 영역이 나타난다.
상기 문제를 고려하여, 2개의 인접한 발광소자 또는 2개의 인접한 수광소자의 축들 사이의 각도는 1°로부터 25°까지의 범위에 있는 것이 바람직하다. 방적사의 검출 정확성을 높이기 위해서, 이 각도는 보다 바람직하게는 3°로부터 10°까지의 범위로, 가장 바람직하게는 4°로부터 6°까지의 범위에 있는 것이 좋다.
본 명세서에 언급된 광축이 서로 교차하는 위치는, 조광 영역 및 검출 영역이 대체로 서로 겹쳐지는 위치이고, 광축이 정확하게 서로 교차하는 지점으로 한정되지는 않는다.
물론, 본 발명의 방적사 센서는 방적사 파손 검출기로서 사용될 수 있다.
본 발명의 방적사 센서에 따르면, 하나의 발광소자의 광축이 이에 인접한 다른 발광소자의 광축과 교차하는 위치와, 하나의 수광소자의 광축이 이에 인접한 다른 수광소자의 광축과 교차하는 위치가 발광소자와 수광소자의 광축이 서로 교차하는 위치보다 케이스로부터 더 이격되도록 발광 및 수광소자의 다수의 쌍이 배열된다. 따라서, 방적사 검출 영역이 보다 확장되고 방적사가 횡단가이드의 이동 방향에 수직하게 진행되더라도 방적사를 신뢰성 있게 검출하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 방적사의 품질을 저하시키지 않고 방적사의 횡단 운동에 기인하는 인장 증가에 의해 영향받지 않으면서 정확하게 평균 인장을 측정할 수 있으며, 방적사 센서에 대한 방적사의 위치가 횡단가이드의 이동 방향에 수직한 방향으로 벗어나더라도 방적사를 확실하게 검출할 수 있다.

Claims (6)

  1. 방적사를 안내하는 정점 가이드와 방적사를 왕복시키는 횡단장치를 갖춘 권취기에서 방적사의 인장을 검출하기 위한 장치로서, 상기 검출장치는,
    횡단장치의 운동에 의해 전달된 방적사의 횡파를 검출하기 위해서 정점 가이드와 횡단장치 사이에 구비된 방적사 위치센서와,
    안내된 방적사의 위치를 검출하기 위해서 횡단장치의 근방에 배치된 방적사 가이드 위치센서,
    횡단장치에 의해 횡파가 전달될 때의 시간으로부터 방적사 위치센서에 의해 횡파가 검출될 때의 시간 까지의 시간 주기에 기초하여 횡파의 겉보기 전파속도를 측정하기 위한 측정수단 및,
    방적사의 진행 속력과 횡파의 겉보기 전파속도를 기초하여 횡파의 실제 전파속도를 계산하기 위한 계산수단을 구비하고,
    방적사 위치센서가 2H/3＜h＜5H/6의 관계를 만족시키는 위치(여기서, "h"는 횡단장치와 방적사 위치센서 사이의 거리이고, "H"는 정점 가이드와 횡단장치 사이의 거리)에 배치된 것을 특징으로 하는 방적사의 인장을 검출하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방적사 위치센서가 상기 정점 가이드 및 상기 횡단장치를 포함하는 평면상에 배열된 것을 특징으로 하는 방적사의 인장을 검출하는 장치.
  3. 케이스와,
    각각 광축을 구비하면서, 상기 케이스내에 배열된 다수 쌍의 발광 및 수광소자를 구비하고,
    제1위치에서 한쌍의 발광소자의 광축이 상기 한쌍의 수광소자의 광축과 교차하고, 제2위치에서 하나의 수광소자의 광축이 상기 하나의 수광소자에 인접하게 위치된 다른 수광소자의 광축과 교차하며, 제3위치에서 하나의 수광소자의 광축이 상기 하나의 수광소자에 인접하게 위치된 다른 수광소자의 광축과 교차하고, 상기 케이스와 상기 제2 및 제3위치 각각과의 사이의 거리가 상기 케이스와 상기 제1위치 사이의 거리 보다 큰 것을 특징으로 하는 방적사를 검출하기 위한 반사형 방적사 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다수 쌍의 발광소자 및 수광소자가 일렬로 배열되어 상기 발광소자가 평면내에 배열되고 상기 수광소자가 평면내에 배열되는 것을 특징으로 하는 반사형 방적사 센서.
  5. 제5항에 있어서, 상기 다수 쌍이 3개의 쌍인 것을 특징으로 하는 반사형 방적사 센서.
  6. 제3항에 있어서, 하나의 발광소자의 광축이 1°로부터 25°까지의 범위에 있는 각도로 상기 하나의 수광소자에 인접하게 위치된 다른 수광소자의 광축과 교차하는 것을 특징으로 하는 반사형 방적사 센서.
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