KR20010092765A

KR20010092765A - 스풀 권취기에서 전환위치를 자동조절하기 위한 방법 및그 시스템

Info

Publication number: KR20010092765A
Application number: KR1020017008224A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 에이. 베드나르크지크; 마크 에스. 토타; 토마스 에스. 월톤; 타이론 레이드
Original assignee: 알프레드 엘. 미첼슨; 코닝 인코포레이티드
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-10-26
Also published as: JP2002533280A; CA2355942A1; EP1171372A4; JP4344481B2; CN1348426A; WO2000039013A1; AU2361100A; EP1171372A1; US6443386B1; ID30096A; KR100582309B1; BR9916671A

Abstract

스풀(18)에 광섬유(22)를 권취하기 위한 시스템은 상기 스풀(18)을 수용하여 그 종축(36)을 중심으로 회전시키기 위한 스핀들 조립체(16)를 포함한다. 상기 스풀(18)에 광섬유를 연속적으로 제공하는 광섬유 공급원(14)이 스핀들 조립체(16)에 대해 위치됨으로써, 스핀들 조립체(16)에 의한 스풀(18)의 회전에 의해 섬유(22)가 스풀의 종축(36)을 중심으로 스풀(18)에 권취된다. 장력 감지장치(24)는 상기 섬유의 장력에 관한 피드백을 감지하고 제공한다. 횡이동 수단(20)은 전방 스풀 플랜지(34a)와 후방 스풀 플랜지(34b) 사이에서 섬유가 스풀(18)에 전후로 권취되도록 하며, 횡이동 수단(20)은 상기 전방 스풀 플랜지(34a)에서의 전방 전환 위치와 후방 스풀 플랜지(34b)에서의 후방 전환 위치를 포함한다. 제어기(26)는 상기 섬유 장력 피드백을 수신하고, 그 피드백을 이용하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정한다.

Description

스풀 권취기에서 전환위치를 자동조절하기 위한 방법 및 그 시스템{SYSTEM AND METHODS FOR AUTOMATICALLY ADJUSTING TURNAROUND POSITION IN SPOOL WINDERS}

종래의 통상적인 권취기에서, 광섬유는 한쌍의 스풀 플랜지 사이에서 회전하는 스풀의 배럴에 권취된다. 권취 공정을 제어하는 것이 수년간의 도전 과제였다. 전환위치, 즉 섬유에 대한 스풀의 횡운동이 역전되는 개별 플랜지에서의 위치를 제어하는 것이 주된 관심사였다.

섬유가 플랜지에 도달하는 순간 그 위치에서 전환이 이루어지는 것이 이상적이다. 따라서, 전환위치는 공지의 두께를 가진 플랜지가 구비된 표준크기의 테이크업 스풀(takeup spool)에 기초하여 통상 미리설정된다. 그러나, 스풀 제조과정에서의 가변성 때문에, 전환위치는 특정 플랜지에서 정확하게 일치하지 않을 수 있다. 전환이 너무 늦게 이루어지면, 과도한 섬유가 플랜지에 축적될 수 있으며, 그로 인해 소위 "개뼈(dogbone)" 현상이 유발된다. 전환이 너무 빨리 이루어지면, 플랜지에 갭이 생길수 있다. 전환이 너무 빨리 이루어질 경우 발생될 수 있는 또 다른 현상은 섬유가 스풀에 꾸불꾸불하고 불균일하게 권취되는 "계단(cascade)" 현상이다. 이러한 현상들은 섬유가 플랜지에 불균등하게 권취되도록 하는 원인이 된다. 이러한 현상은 스풀의 불량한 권취가 섬유 성능에 악영향을 끼칠수 있는 광섬유 제조에서 특히 심각하다.

통상적으로, 종래의 시스템은 단지 관찰된 개뼈 또는 플랜지 갭 현상을 기초하여 작업자가 수동으로 스풀의 전환위치를 제어하도록 한다. 그러나, 이 방법은 많은 이유에서 불리하다. 첫째, 작업자가 개뼈 또는 플랜지 갭 현상을 명확하게 인지하게 되기까지 많은 전환이 필요하다. 둘재, 전환위치의 조절이 부정확하며, 오류가 실제로 정정되었음을 확인하기 위해서는 수회의 추가적인 전환이 필요하다. 이는 권취 공정의 효율을 크게 저감시킨다.

따라서, 권취기의 스풀 플랜지에서 전환위치를 조절하는 자동 시스템이 필요하다.

본 발명은 스풀에 광섬유를 권취하는 개선된 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 스풀 플랜지에서 전환위치를 제어하기 위한 유용한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 테이크업 스풀의 측면도이며,

도 3은 부분적으로 권취된 테이크업 스풀의 부분 단면도이고,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 스크린 장치의 정면도이며,

도 5a 및 도 5b는 각각 도 4에 도시된 스크린 장치에서 사용하기 적합한 테이크업 스핀들 조립체의 측면도 및 정면도이고,

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 각각 도 4에 도시된 스크린 장치에서 사용하기 적합한 횡이동 조립체의 평면도, 측면도 및 정면도이며,

도 7a 및 도 7b는 각각 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 횡이동 조립체에 장착된 도 5a 및 도 5b의 테이크업 스핀들 조립체의 측면도 및 정면도이고,

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 마이크로프로세서 제어기의 배면도이며,

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 댄서 암 위치(dancer armposition)의 포획 가능 범위를 나타낸 도면이고,

도 10은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예의 흐름도이며,

도 11은 본 발명에 따른 시스템의 선택적 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 스풀에 광섬유를 권취하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 스풀을 수용하고 그 종축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀들 조립체를 포함한다. 상기 스풀에 섬유를 연속적으로 공급하기 위한 섬유 공급원이 스핀들 조립체에 대해 위치됨으로써, 스핀들 조립체에 의한 스풀의 회전이 스풀의 종축을 중심으로 한 스풀상의 섬유 권취를 유발하게 된다. 장력 감지장치는 스풀에 권취되는 섬유의 장력에 관한 피드백을 감지하고 제공한다. 횡이동 수단(traverse means)으로 인해, 섬유는 전방 스풀 플랜지와 후방 스풀 플랜지 사이에서 전후로스풀에 권취되고, 상기 횡이동 수단은 전방 스풀 플랜지에서의 전방 전환위치와 후방 스풀 플랜지에서의 후방 전환위치를 포함한다. 제어기는 상기 섬유 장력 피드백을 수신하고, 그 피드백을 이용하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정하게 된다.

본 발명의 추가적 특징과 장점은 하기된 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 명백해 질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 스풀에 섬유를 권취하는 방법 및 그 시스템을 제공하며, 횡방향 전환위치의 차이와 스풀 가변성을 모두 자동으로 정정한다. 본 발명은 모든 전환위치에서 권취된 섬유의 "평탄성"을 검사하며, 그 이유는 전환위치가 각각 스풀의 중점 직경과 댄서 세트포인트 위치에 관련되기 때문이다. 시스템 제어 루프는 스풀의 직경 변화를 피드백 댄서 제어 루프에 적용하고, 피드백 댄서 제어 루프는 개별 플랜지에 대해 전환위치를 근접 또는 이격시킴으로써 각각의 스풀 전환위치를 정정하는데 필요한 정보를 시스템 제어기에 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템(10)의 바람직한 실시에의 주요 구성요소를 나타낸 블럭도이다. 상기 시스템(10)은 제조용 대형 스풀(14)이 장착된 대형 스핀들 조립체(12)와, 테이크업 스풀(18)이 장착된 테이크업 스핀들 조립체(16)를 포함한다. 상기 스핀들 조립체(16)는 횡이동 조립체(20)에 장착되며, 횡이동 조립체는 스핀들 조립체(16)가 회전하고 있을 때 스핀들 조립체(16)와 테이크업 스풀(18)을 횡방향으로 전후로 움직인다. 상기 대형 스풀로부터 인장 센서(24)를 통해 테이크업 스풀까지 광섬유(22)가 장착되고, 상기 인장 센서는 테이크업 스풀(24)에 권취되는 섬유(22)의 장력을 측정하여 출력으로서 제공한다. 상기 대형 스핀들 조립체(12), 테이크업 스핀들 조립체(16) 및 횡이동 조립체(20)는 제어 소프트웨어(28)를 포함하는 마이크로프로세서 제어기(26)에 의해 제어된다. 상기 제어 소프트웨어(28)는 프로그램가능한 한쌍의 리미트 스위치(30a)(30b)를 포함하며, 그 기능에 대해서는 후에 설명하기로 한다. 바람직한 실시예에서, 상기 마이크로프로세서 제어기는 C언어로 프로그램된 VME 인텔 80486을 기초로 한 PC 제어 시스템을 포함한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용되는 테이크업 스풀(18)의 측면도이다. 상기 테이크업 스풀은 섬유(22)가 그 둘레에 권취되는 원통형 배럴(32)을 포함한다. 상기 테이크업 스풀(18)은 한쌍의 플랜지를 더 포함하되, 전방 플랜지(34a)는 테이크업 스핀들 조립체(16)에 스풀이 장착될 때 작업자쪽을 향하게 되며, 후방 플랜지(34b)는 작업자로부터 멀리 떨어진 내측의 스크린 장치쪽을 향하게 된다. 상기 테이크업 스풀(18)이 스핀들 조립체(16)에 장착되었을 때, 스핀들 조립체(16)는 그 종축(36)을 중심으로 스풀을 회전시킨다. 상기 횡이동 조립체(20)는 회전하는 스풀이 그 종축(32)을 따라 전후로 이동하도록 한다.

마이크로프로세서 제어기(26)의 안내에 의해, 상기 테이크업 스풀 스핀들 조립체(16)와 테이크업 스풀 횡이동 조립체(20)는 연합하여 광섬유(22)가 전방 및 후방 플랜지(34a)(34b) 사이에서 일련의 층으로 테이크업 스풀(18)의 배럴(32)에 상하로 권취되도록 한다. 전환위치, 즉 회전하는 테이크업 스풀이 횡이동 조립체에 의해 그 종축을 따라 방향이 역전되는 개별 테이크업 스풀 플랜지에서의 위치가 제어 소프트웨어(28)내의 한쌍의 프로그램가능한 리미트 스위치(PLS)(30a)30b)에 의해 결정되며, 리미트 스위치중 하나는 전방 플랜지 전환용이고 다른 하나는 후방 플랜지 전환용이다. 각각의 프로그램가능한 리미트 스위치는 횡이동 조립체가 개별스풀 플랜지에 접근할 때 제어기가 전환 절차 또는 루틴을 개시하는 위치에서 감지되고 시동되며, (1)횡이동 조립체의 현재 위치의 검출기능, (2) 소정의 정지위치까지 횡이동 조립체의 감속 개시 기능, 및 (3) 반대 방향으로 소정의 속도까지 횡이동 조립체의 가속 개시 기능의 3가지 기능을 수행하는 디지털 캠 프로파일을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 개별 플랜지에서의 전환위치는 미리설정된 전환위치에 양의 값, 제로 또는 음의 값일 수 있는 조절가능한 플랜지 오프셋을 합산함으로써 제어기(26)에 의해 계산된다.

전환위치 = 미리설정된 전환위치 + 플랜지 오프셋

(TURNAROUND_POSITION = SET_TURNAROUND_POSITION + FLANGE_OFFSET)

이 값들이 도 2에 도시되어 있으며, 전방 플랜지(34a)의 경우, 미리설정된 전환위치는 점선(38a)로 표시되어 있고, 플랜지 오프셋은 거리(40a)로 표시되어 있으며, 계산된 전환위치는 점선(42a)로 표시되어 있다. 이와 유사하게, 후방 플랜지(34b)의 경우, 미리설정된 전환위치는 점선(38b)로 표시되어 있고, 플랜지 오프셋은 거리(40b)로 표시되어 있으며, 계산된 전환위치는 점선(42b)으로 표시되어 있다.

상기 미리설정된 전환위치(38a)(38b)는 테이크업 스풀 배럴(32)의 권취면의 폭을 기초로 한다. 이상적으로, 상기 미리설정된 전환위치는 추가적인 플랜지 오프셋(40a)(40b)을 필요로 하지 않고 플랜지(34a)(34b) 사이에 광섬유가 적절히 권취될 수 있도록 하기에 충분하여야 한다. 유감스럽게도, 테이크업 스풀 제조에서의가변성 때문에, 횡이동 조립체의 미리설정된 전환위치는 테이크업 스풀에 광섬유가 적절히 권취될 수 있도록 하기에 충분하지 않을 수 있다.

특히, 플랜지에서 너무 늦게 전환이 이루어져 과도한 섬유가 플랜지에 축적되거나, 너무 일찍 이루어져 플랜지에 갭이 형성될 수 있다. 전자는 "개뼈" 현상으로 알려져 있고, 후자는 "플랜지 갭" 현상으로 알려져 있다. 이와 같이 바람직하지 않은 현상들이 도 3에 도시되어 있으며, 이는 테이크업 스풀의 부분 단면도이다. 도 3은 적절하게 권취된 2개의 섬유층과, 부적절한 위치에서 전환이 이루어진 2개의 층을 도시하고 있다. 도면의 좌측은 개뼈 현상(22a)을 도시하고 있고, 우측은 플랜지 갭(22b)을 도시하고 있다. 이와 같은 2가지 오류 이외에도, 섬유가 꾸불꾸불하고 불균일하게 권취되는 "계단" 현상이 더 존재한다. 플랜지 갭과 유사하게, 계단 현상은 플랜지에서 너무 빨리 전환이 이루어질 때 발생할 수 있다. 하기된 바와 같이, 본 발명은 2개의 전환 위치에서 광섬유의 장력을 각각 측정하여 얻어진 피드백을 기초로 개뼈, 플랜지 갭 및 계단 현상의 발생을 최소화하도록 플랜지 전환을 자동으로 조절하기 위한 유리한 방법을 제공한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 스크린 장치(44)를 도시한 도면이다. 상기 장치의 3가지 주요 구성요소는 대형 스풀 스핀들 조립체(12), 테이크업 스풀 스핀들 조립체(16)와 횡이동 조립체(20), 그리고 2개의 스풀 사이의 스크린 조립체(46)이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광섬유(22)는 다양한 스크린 공정 단계에서 섬유의 경로를 형성하는 일련의 풀리를 통해 설치된다. 본 발명의 특징적 구조는 댄서 조립체(dancer assembly)(48)로서, 이는 도 1에 도시된 인장 센서(24)의역할을 하며, 광섬유가 테이크업 스풀(16)에 권취될 때 광섬유(22)의 장력을 측정하는데 사용된다.

상기 댄서 조립체는 섬유(22)가 설치되는 풀리(50), 댄서 암(52) 및 피벗 아마츄어(54)를 포함한다. 부러쉬 DC 모터(미도시)는 아마츄어(54)를 포함하며, 이는 DC 모터의 양단부로부터 연장된다. 아마츄어(54)의 일단은 댄서 암(52)에 연결되어 반시계 방향으로 일정한 토크를 가한다. 풀리에 설치된 광섬유(22)의 장력은 댄서 암에 시계방향으로 토크를 가한다. DC 모터에 의해 가해지는 토크는 광섬유의 장력에 의해 가해지는 토크와 균형을 이룬다. 스크린 장치(44)가 시동될 때, 댄서 암(52)의 세트포인트 위치가 설정되며, 이는 스풀에 권취되는 광섬유의 최적 장력을 의미하는 댄서 암 위치이다. 본 실시예에서, 세트포인트 위치는 수평으로부터 90°로 측정되었다. 그러나, 임의의 갯수의 위치를 댄서 암(52)의 세트포인트 위치로서 사용하는 것이 가능하다.

상기 댄서 암(52)의 위치는 적절한 위치 감지장치에 의해 검출된다. 바람직한 본 실시에에서, 댄서 암(52)의 위치는 회전식 가변 차동 변압기(RVDT)를 이용하여 검출된다. 상기 RVDT는 DC 모터로부터 연장된 아마츄어(54)의 타단에 연결된다. 따라서, 아미츄어(54)의 일단은 댄서 암(52)에 연결되는 반면, 아미츄어(54)의 타단은 RVDT에 연결된다. 댄서 암(52)이 아미츄어(54)를 중심으로 움직이면, 아마츄어(54)는 회전하게 된다. 이러한 회전 운동이 RVDT에 의해 검출됨으로써, RVDT는 축 회전량에 대한 선형 관계 및 댄서 암(52)의 운동량를 포함한 전압 신호를 발생시킨다. 따라서, 마이크로프로세서 제어기(26)는 RVDT 전압 신호를 모니터하여 댄서 암(52)의 위치를 결정하게 된다. 물론, 댄서 암의 위치는 스풀에 권취되는 섬유의 장력과 직접 관련된다.

각각의 댄서 암 위치는 서로 다른 광섬유(220 장력 수준에 해당한다. 도 4에 도시된 시스템에 있어서, 섬유(22)의 장력이 최적 수준 이하로 떨어지면, 댄서 암(52)은 댄서 세트포인트로부터 반시계 방향으로 선회하여 세트포인트의 좌측의 새로운 위치로 움직이게 되며, 이 새로운 위치는 낮은 장력 수준을 나타낸다. 섬유(22)의 장력이 최적치 이상으로 상승하면, 댄서 암(52)은 댄서 세트포인트로부터 시계 방향으로 선회하여 세트포인트의 우측의 새로운 위치로 움직이게 되며, 이 새로운 위치는 높은 장력 수준을 나타낸다. 섬유(22)의 장력은 테이크업 스풀의 직경과 스풀의 회전속도를 포함하는 다양한 변수의 함수이다.

도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 사용하기에 적합한 스핀들 조립체(16)의 측면도 및 정면도이다. 상기 스핀들 조립체(16)는 테이크업 스풀(18)이 장착되는 스핀들(56)과, 그 종축을 중심으로 스풀(18)을 회전시키기 위한 서보 모터(58)를 포함한다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 각각 도 5a 및 도 5b에 도시된 스핀들 조립체와 함께 사용하기 적합한 횡이동 조립체(20)의 평면도, 측면도 및 정면도로서, 상기 횡이동 조립체(20)는 스핀들 조립체(16)가 스풀(18)을 회전시킬 때 그 종축을 따라 테이크업 스풀(18)을 전진 및 후퇴시킨다. 상기 횡이동 조립체(20)는 스핀들 조립체(16)가 장착되는 캐리지(60)를 포함한다. 상기 캐리지(60)는 스핀들 조립체(16)가 따라 이동하게 되는 선형 경로를 한정하는 트랙 레일(62)상에 장착된다. 상기횡이동 조립체(20)는 횡이동 조립체 트랙(62)상에서 스핀들 조립체(16)를 전진 및 후퇴시키는 가역 모터(64)를 포함한다. 도 7a 및 도 7b는 각각 횡이동 조립체의 캐리지(60)에 장착된 스핀들 조립체(16)의 측면도 및 정면도이다.

도 8은 본 발명에 사용하기 위한 제어기(26)의 후방 패널을 나타낸 도면이다. 시스템의 다른 구성요소를 상기 제어기(26)에 연결하기 위한 2개의 리드(66a)(66b)가 구비된다. 상기 제어기(26)는 횡이동 모터의 스텝 또는 회전수를 계산함으로써, 횡이동 조립체(20)의 트랙 레일(62)을 따라 스핀들 조립체(16)가 이동한 거리를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어기(26)는 모터의 회전방향을 역전시킴으로써, 횡이동 조립체의 트랙 레일(62)을 따라 스핀들 조립체(16)의 이동 방향을 역전시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어기에는 각각의 전환 위치용으로 한쌍의 프로그램가능한 리미트 스위치(30a)(30b)가 제공된다. 전술한 바와 같이, 각각의 스위치는 횡이동 조립체가 각각의 스풀 플랜지에 접근할 때 감지되고 시동된다. PLS가 시동될 때, 이는 전환 절차 도는 순서를 개시하게 되며, 하기된 3가지 기능을 수행하게 된다. 즉, (1)횡이동 조립체의 현재 위치의 검출, (2) 소정의 정지위치까지 횡이동 조립체의 감속 개시, 및 (3) 반대 방향으로 소정의 속도까지 횡이동 조립체의 가속 개시의 3가지 기능을 수행한다.

본 시스템은 권취 공정에서 오류 현상을 검출하고 보정하기 위해, 인장센서(24)로부터의 장력 정보, 즉 댄서 조립체(48)에서 댄서 암(52)의 위치를 유용하게 이용하는 시스템 및 방법을 제공한다. 섬유의 장력은 테이크업 스풀의 회전속도와 스풀의 권취면 직경을 포함하는 다양한 변수에 의해 결정된다. 종래의 시스템은 광섬유(22)의 장력을 댄서 세트포인트로 표현되는 최적의 수준으로 유지하고자 스핀들 조립체(16)의 회전속도를 제어하기 위해 댄서 조립체(48)로부터의 피드백을 이용하였다. 그러나, 지금까지 댄서 피드백은 플랜지 전환 위치를 조절하는데 이용되지 않았다.

개뼈 또는 플랜지 갭 현상이 발생했을 때, 전환 위치에서 섬유 장력에는 측정가능한 융기부(spike) 또는 함몰부(dip)가 존재한다. 예를 들어, 개뼈 현상의 경우, 권취면의 직경은 플랜지 전환 위치에서 증가하며, 그에 따라 광섬유 장력이 부수적으로 증가하게 된다. 플랜지 갭 현상의 경우, 권취면의 직경은 플랜지 전환 위치에서 감소하며, 그에 따라 광섬유 장력이 감소하게 된다. 이러한 섬유의 장력변화는 전환 위치에서 댄서 세트포인트로부터의 댄서 암 위치의 편향에 반영된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 플랜지 전환 위치를 조절하기 위한 기본 원리로서 이러한 편향을 이용한다.

본 발명의 바람직한 실시에에서, 상기 댄서 암 위치는 플랜지 전환에서 포획된다. 특히, 상기 댄서 암 위치는 전술한 캠 프로파일 루틴의 제 3 단계 초기에 포획된다. 이 때, 상기 횡이동 조립체는 반대 방향으로 가속되기 이전에 미리설정된 정지위치에 도달하게 된다. 본 실시예에 채용된 포획된 댄서 암 위치의 범위가 도 9에 도시되어 있다. 미리설정된 댄서 세트포인트(68), 즉 최적의 섬유 장력을 반영하는 댄서 암 위치가 존재한다. 세트포인트 주변이 "사구간(deadband)"(70)이며, 이는 상기 세트포인트에 이웃한 허용가능한 포획된 댄서 암 위치 범위, 즉 시스템의 오류 한계치이다. 상기 포획된 댄서 암 위치가 사구간(70)내에 존재하는 한, 어떠한 오류도 검출되지 않는다. 사구간의 바로 좌측은 플랜지 갭과 관련된 섬유 장력의 하락을 나타내는 영역(72)이다. 이와 유사하게, 사구간(70)의 바로 우측은 개뼈 현상과 관련된 섬유 장력의 상승을 나타내는 영역(74)이다. -V(최소) 또는 +V(최대)의 외측 영역(76)(78)은 시스템 조정이 필요한 경보 조건이 발생하였음을 의미한다.

도 10은 본 발명에 따른 플랜지 전환 위치(80)의 자동 조절방법에 관한 바람직한 실시예의 흐름도이다. 제 1 단계(82)에서, 시스템은 시동된다. 시동의 일부로서, 댄서 세트포인트와 사구간이 설정된다. 일단 시동이 완료되면, 스크린 장치는 광섬유를 테이크업 스풀에 권취하기 시작한다.

단계(84)에서, 제어기(26)는 각각의 테이크업 스풀이 전환 위치를 횡단하는 동안 댄서 암 위치(TURNAROUND_DANCER_POSITION)를 포획한다. 전술한 바와 같이, 이는 각각의 플랜지에서 그 종축을 따라 회전하는 스풀의 횡이동 운동이 역전되는 위치이다. 전술한 바와 같이, 이 단계를 실시하는 하나의 방법은 각각의 플랜지에서 전환을 개시하도록 소정의 전환 위치에서 작동하는 한쌍의 프로그램가능한 리미트 스위치를 포함하는 제어기 소프트웨어를 이용하는 것이다. 이 단계에서, 댄서 암 위치는 횡이동 조립체가 반대방향으로 가속되기 직전(예를 들어, 2msec)에 정지할 때 포획된다. 실제로, 댄서 위치의 스냅샷(snapshot)의 최대 지연은 8msec이다. 이는 전환에 필요한 50 내지 65msec에 비해 상대적으로 미미하다.

단계(86)에서, 상기 제어기는 댄서 위치의 스냅샷과 댄서 세트포인트를 비교함으로써 오류값을 계산한다. 이 계산은 다음과 같이 표현될 수 있다. 즉,

ERROR = TURNAROUND_DANCER_POSITION - SETPOIN_DANCER_POSITION

단계(88)에서, 평균 표본 오류(AVERAGE_SAMPLE_ERROR)가 계산된다. 이는 보정이 이루어지기 전에 발생한 통과/전환의 횟수에 기초한다. 제어기는 그 횟수를 원하는대로 조절할 수 있다. 이 계산식은 다음과 같다. 즉,

여기서, N은 보정 전의 통과 횟수이다.

단계(90)에서, 제어기는 평균 표본 오류가 설정된 사구간내에 존재하는지의 여부를 결정한다. 상기 사구간은 마이크로프로세서 제어기에 연결된 키보드, 마우스 또는 기타 다른 적절한 입력장치를 이용하여 작업자에 의해 원하는 바대로 조절가능하다.

단계(92)에서, 평균 표본 오류가 설정된 사구간내에 존재하지 않는다면, 플랜지 오프셋에 대한 보정이 이루어진다. 시스템의 이득을 기초로 플랜지 오프셋의 조절을 위한 계산이 실시된다. 상기 시스템 이득은 2개의 성분, 즉, 현재의 평균 표본 오류와 이전의 평균 표본 오류간의 차이에 기초한 미분 이득(D_GAIN)과, 현재의 평균 표본 오류의 크기에 기초한 적분 이득(I_GAIN)을 포함한다. 상기 미분 및 적분 이득은 공지된 기술을 이용하여 측정한 기계 한정 양(machine-specific quantities)이다. 이러한 이득들은 하기된 식을 사용하여 플랜지 전환 위치를 조절(OFFSET_ADJUST)하기 위한 계산에 이용된다.

OFFSET_ADJUST =[D_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR -

PREVIOUS_AVERAGE_SAMPLE_ERROR)] +

[I_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR)]

이 방식에서 D_GAIN과 I_GAIN을 모두 사용하는 것은 고정된 오프셋 조절을 이용하는 방식보다 더 정확하고 민감하기 때문에 유리하다. 본 실시예에서, 상기 시스템은 큰 오류를 크게 조절하고, 작은 오류는 작게 조절한다. 또한, 플랜지 조절의 계산에 사용된 루프 알고리즘은 원하는 바대로 조절가능하다.

양의 값 또는 음의 값인 AVERAGE_SAMPLE_ERROR는 각각 개뼈 또는 플랜지 갭을 의미한다. 단계(94)에서, 현재 표본화되는 플랜지가 전방 플랜지인지 또는 후방 플랜지인지에 따라, OFFSET_ADJUST는 다음과 같이 FLANGE_OFFSET에 적용된다.

전방 플랜지:

FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET + FLANGE_ADJUST

후방 플랜지:

FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET - OFFSET_ADJUST

마지막으로, 단계(96)에서, 플랜지 오프셋이 테이크업 횡이동 전환 위치에 적용된다. 이는 전환 프로그램가능한 리미트 스위치(PLS)를 다음과 같이 재위치시킨다. 즉,

TURNAROUND_POSITION = SET_TURNAROUND_POSITION + FLANGE_OFFSET

이 때, 상기 제어기는 다음 전환에서 댄서 암 위치를 포획하기 위해 단계(84)로 복귀된다.

검출된 댄서 위치가 사구간내에 존재한다는 것은 오류가 발생하지 않았음을 의미한다. 따라서, 이론적으로, 플랜지 전환 위치에 대한 어떠한 보정도 필요하지 않다. 그러나, 실험에 따르면, 검출된 댄서 위치가 사구간내에 존재하는 경우에도, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 개뼈 현상을 유발하도록 플랜지 위치를 조절하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

개뼈 현상을 유발하는 것이 바람직한 이유는 개뼈 현상이 플랜지 갭보다 시스템이 훨씬 더 검출하기가 용이하기 때문이다. 권취면의 직경이 증가하지마자, 개뼈 현상은 거의 즉시 검출될 수 있다. 그러나, 플랜지 갭의 경우, 섬유는 갭이 형성되어 섬유의 장력이 약화되기 전에 수개의 층으로 계속 권취될 수 있다.

단계(98)에서, 플랜지 갭이 발현하는 것을 방지하기 위해, 댄서 위치가 사구간내에 존재하는 것으로 결정되었을지라도, 단계(84)로 복귀하기 이전에 미리정해진 작은 조절이 플랜지 쪽으로 플랜지 전환 위치에서 의도적으로 이루어질 수 있다. 이 방식에서, 스풀에 권취되는 섬유는 시스템이 개뼈 현상을 검출할 때까지 통과할 때마다 플랜지쪽으로 "크리프(creep)"된다. 개뼈 현상이 검출되었을 때, 상기 시스템은 전술한 바와 같이 플랜지 전환 위치에 대한 일반적 조절을 실시하여 이를 사구간으로 끌어들인다. 일단 전환 위치가 사구간내로 복귀하면, 크리프 과정은 전체적으로 다시 시작하도록 될 수 있다.

유리하게, 이러한 플랜지 조절이 섬유 직경의 일부임을 실험을 통해 측정하였으며, 개뼈 현상이 유발되기까지는 수회의 통과가 이루어지게 된다. 바람직한 본 실시예에서, 상기 광섬유 직경은 250 미크론이며, 플랜지 조절은 상기 직경의 약1/8이다.

또한, 본 실시예에서, 각각의 전환에서 보정이 이루어졌기 때문에, 평균 표본 오류는 각각의 전환에서 계산되었다. 즉, N은 1이다.

전환 위치에 대한 조절이 이루어진 후, 상기 제어기는 다음 전환에서 댄서 암 위치를 포획하기 위해 단계(84)로 복귀된다.

도 11은 본 발명의 선택적 실시예를 도시한 것으로, 섬유(22)는 플라잉 헤드 조립체(100)에 의해 횡이동 방향으로 테이크업 스풀(18)에 대해 이동하게 된다. 본 실시예는 전술한 실시예와 대체로 유사한 방식으로 작용한다. 그러나, 회전하는 스풀을 횡이동 조립체에 대해 전후로 움직이는 대신, 상기 시스템은 플라잉 헤드(100)의 진퇴운동을 대신 제어한다. 이는, 예를 들어, 광섬유의 제조에 사용되는 인발장치에서 볼 수 있는 형식의 구조이다. 이러한 제 2 실시예에서, 상기 시스템은 광섬유의 장력을 모니터하기 위해 인장 센서(24)로부터의 나온 정보를 이용하며, 그 정보를 이용하여 일측 플랜지에서 플라잉 헤드의 전환 위치를 조절하게 된다. 따라서, 본 발명이 이러한 선택적 실시예에도 동등하게 적용가능함을 알 수 있다.

마지막으로, 본 발명이 광섬유와 함께 사용하기에 특히 적합한 것이지만, 섬유, 와이어, 실 또는 필라멘트 등이 스풀에 권취되는 다른 시스템에서도 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

전술한 설명이 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하는 상세한 내용을 포함하고 있으나, 이는 예시를 위한 것이며 그와 관련한 많은 변경과 변형이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 전술한 댄서 조립체 이외의 구조가 인장 센서(24)의 기능을 수행하도록 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되며, 그 청구범위는 본 발명의 기술분야에 의해 허용되는 바와 같이 넓게 해석되어야 한다.

Claims

스풀에 광섬유를 권취하기 위한 시스템으로서,

상기 스풀을 수용하여 그 종축을 중심으로 회전시키기 위한 스핀들 조립체;

상기 스풀에 광섬유를 연속적으로 제공하며, 상기 스핀들 조립체에 의한 스풀의 회전에 의해 섬유가 스풀의 종축을 중심으로 스풀에 권취될 수 있도록 스핀들 조립체에 대해 위치된 광섬유 공급원;

상기 섬유의 장력에 관한 피드백을 감지하고 제공하기 위한 장력 감지장치;

전방 스풀 플랜지와 후방 스풀 플랜지 사이에서 섬유가 스풀에 전후로 권취되도록 하며, 상기 전방 스풀 플랜지에서의 전방 전환 위치와 후방 스풀 플랜지에서의 후방 전환 위치를 포함하는 횡이동 수단; 및

상기 섬유 장력 피드백을 수신하고, 그 피드백을 이용하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정하기 위한 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 장력 감지장치는 댄서 조립체를 포함하고, 상기 댄서 조립체는 섬유가 가압지지되는 댄서 암을 갖되, 댄서 암의 위치는 섬유가 스풀에 권취될 때 섬유 장력의 함수이며, 상기 섬유 공급원은 댄서 암의 위치를 검출하여 상기 피드백으로서 제공하는 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제어기는 플랜지에서의 전환 절차시 댄서 암 위치를 포획하고, 포획된 전환 위치와 세트포인트 댄서 위치를 비교하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 포획된 댄서 전환 위치와 세트포인트 댄서 위치를 비교할 때, 상기 제어기는 포획된 전환 댄서 위치로부터 세트포인트 댄서 위치를 감산함으로써 오류량을 계산하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 제어기는 설정된 전환 위치와 함께 각각의 플랜지에서 전환 위치를 결정하는 조절가능한 플랜지 오프셋을 조절하기 이전에 각각의 전환에 대해 계산된 오류량을 평준화함으로써 평균 표본 오류를 계산하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 5 항에 있어서, 양의 평균 표본 오류는 과도한 양의 섬유가 플랜지에 축적되는 개뼈 현상을 의미하고, 음의 평균 표본 오류는 플랜지 갭 현상 또는 계단 현상을 의미하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 제어기는 평균 표본 오류가 설정된 사구간내에 존재하는지의 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 평균 표본 오류가 사구간내에 존재하면, 상기 제어기는 전환 위치가 플랜지쪽으로 소정 거리만큼 이동하도록 하여 개뼈 현상이 유발되도록 플랜지 오프셋을 조절하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 소정 거리는 섬유 직경의 일부인 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 소정 거리는 섬유 직경의 1/8인 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 평균 표본 오류가 사구간 외측에 존재하면, 상기 제어기는 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절은 측정된 시스템 이득을 기초로 계산되는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 측정된 시스템 이득은 미분 이득 성분(D_GAIN)과,적분 이득 성분(I_GAIN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 플랜지 오프셋에 대한 조절(OFFSET_ADJUST)은 OFFSET_ADJUST =[D_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR - PREVIOUS_AVERAGE_SAMPLE_ERROR)] + [I_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR)]에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 계산된 오프셋 조절은 수학식, 즉 FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET + OFFSET_ADJUST를 이용하여 전방 플랜지에 적용되며, 상기 계산된 오프셋 조절은 수학식, 즉 FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET - OFFSET_ADJUST를 후방 플랜지에 적용되는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
제 15 항에 있어서, 플랜지에 대한 전환 위치는 수학식, 즉 TURNAROUND_POSITION = SET TURNAROUND_POSITION + FLANGE_OFFSET을 이용하여 차기 전환을 위해 재배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 시스템.
스풀에 광섬유를 권취하기 위한 방법으로서,

상기 스풀을 그 종축을 중심으로 회전시키는 단계;

상기 스풀의 회전에 의해 광섬유가 스풀의 종축을 중심으로 스풀에 권취될 수 있도록 상기 스풀에 광섬유를 연속적으로 제공하는 단계;

상기 섬유의 장력에 관한 피드백을 감지하고 제공하는 단계;

상기 섬유가 스풀에 권취될 때, 전방 스풀 플랜지와 후방 스풀 플랜지 사이에서 섬유를 횡이동시키는 단계:

상기 전방 및 후방 스풀 플랜지에 각각 이웃한 제 1 및 제 2 전환 위치에서 섬유의 횡이동 방향을 변경시키는 단계; 및

상기 섬유 장력 피드백을 이용하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 섬유 장력 피드백을 이용하여 전방 및 후방 전환위치에 대해 어떠한 조절이 이루어져야 하는지를 결정하는 단계는 각각의 전환 위치에서 감지된 섬유의 장력으로부터 세트포인트 장력을 감산함으로써 오류량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 18 항에 있어서, 설정된 전환 위치와 함께 각각의 플랜지에서 전환 위치를 결정하는 조절가능한 플랜지 오프셋을 조절하기 이전에 각각의 전환 위치에 대해 계산된 오류량을 평준화함으로써 평균 표본 오류를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 평균 표본 오류가 설정된 사구간내에 존재하는지의여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 평균 표본 오류가 사구간내에 존재하면, 전환 위치가 플랜지쪽으로 소정 거리만큼 이동하도록 하여 과도한 양의 섬유가 플랜지에 축적되는 개뼈 현상이 유발되도록 플랜지 오프셋을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 소정 거리는 섬유 직경의 일부인 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 소정 거리는 섬유 직경의 1/8인 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 평균 표본 오류가 사구간 외측에 존재하면, 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계는 측정된 시스템 이득을 기초로 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 측정된 시스템 이득을 기초로 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계는 미분 이득 성분(D_GAIN)과 적분 이득 성분(I_GAIN)을 포함하는 측정된 시스템 이득을 기초로 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 플랜지 오프셋에 대해 이루어지는 조절을 계산하는 단계는 수학식, 즉 OFFSET_ADJUST =[D_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR - PREVIOUS_AVERAGE_SAMPLE_ERROR)] + [I_GAIN(AVERAGE_SAMPLE_ERROR)]을 이용하여 계산된 플랜지 오프셋에 대한 조절(OFFSET_ADJUST)을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 계산된 오프셋 조절을 수학식, 즉 FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET + OFFSET_ADJUST를 이용하여 전방 플랜지에 적용하는 단계와, 상기 계산된 오프셋 조절을 수학식, 즉 FLANGE_OFFSET = FLANGE_OFFSET - OFFSET_ADJUST를 이용하여 후방 플랜지에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.
제 28 항에 있어서, 플랜지에 대한 전환 위치를 수학식, 즉 TURNAROUND_POSITION = SET TURNAROUND_POSITION + FLANGE_OFFSET을 이용하여 차기전환을 위해 재배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 권취 방법.