KR20230091888A - 이동하는 섬유 포함 구조체들에서의 결함 검출 - Google Patents

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KR20230091888A
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패트릭 코피
마이클 이반스키
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쿠라레이 아메리카 인코포레이티드
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Abstract

선형 운동 중에 섬유 포함 구조체들의 단면 직경을 측정할 수 있는 적어도 하나의 결함 검출기를 사용하여 섬유 포함 구조체들의 결함들을 검출하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 개시된다. 또한, 결함 검출 방법들을 거친 섬유 포함 구조체가 본원에 개시된다.

Description

이동하는 섬유 포함 구조체들에서의 결함 검출
본 출원은 일반적으로 재료 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스레드라인 (threadline), 브레이드라인 (braidline) 및 와이어레이 (wirelay) 구조와 같은 섬유 포함 구조체의 제조, 처리 및 검출에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 출원은 선형 운동 상태에 있는 섬유 포함 구조체에서의 결함의 실시간 검출 및 특성화를 위한 방법 및 장치를 개시한다.
스레드라인 (예를 들어, 다중-필라멘트 스레드, 브레이드라인 (예를 들어, 브레이딩된 얀 (braided yarns), 브레이딩된 코어-시스 (core-sheath) 구조체 등) 및 와이어레이 구조 (예를 들어, 와이어 레이 로프 (wire lay rops)) 와 같은 섬유 포함 구조체를 제조 또는 프로세싱할 때, 예를 들어 파단된 필라멘트 및 불순물의 존재로 인해 결함이 발생할 수 있다.
예를 들어, 파단된 필라멘트는 섬유 포함 구조체의 인장, 벤딩 (bending) 또는 비틀림 (twisting) 으로 인해 발생할 수 있다. 인라인 (in-line) 프로세싱을 거치는 섬유 포함 구조체의 표면 상에 파단된 필라멘트가 존재하는 경우, 이러한 파단된 필라멘트는 섬유 포함 구조체를 약화시킬 수 있고, 또한 분리되고 그후 섬유 포함 구조체를 따라 상이한 위치에서 재부착되어 추가적인 결함을 초래할 수 있다. 그 원래의 필라멘트로부터 부착되거나 탈착되든 파단된 섬유는 후속 인-라인 프로세싱 동안 형상이 변화하고 사이즈가 성장할 수 있다.
섬유 포함 구조체에 관한 결함의 용어는 관련 기술에서 광범위하게 변할 수 있지만, 파단된 필라멘트 및 불순물로 인한 결함은 일반적으로 2개의 카타고리에 속한다. 제 1 카테고리는 섬유 포함 구조체의 표면으로부터 외향으로 연장되는 파단된 필라멘트 (단일 필라멘트 또는 필라멘트의 그룹) 에 관한 것이며, 이는 종종 "플러프 (fluff)" 또는 "박리 (peel)" 결함으로서 지칭된다. 제 2 카테고리는 섬유 포함 구조체의 표면에 부착되고 인-라인 (in-line) 프로세싱 동안 마운드형 (mound-like) 구조체 - 종종 "필 (pill)" 또는 "슬러브 (slub)" 결함으로 지칭됨 - 로 성장하는 경향이 있는 파단된 (분리된) 섬유 또는 다른 불순물에 관한 것이다.
상기 기재된 결함은 섬유 포함 구조체의 강도 및 유용성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 시판되는 제품은 일반적으로 검사되고 종종 결함의 양 또는 농도에 기초하여 등급화된다. 섬유 포함 구조체를 등급화하는 프로세스는 현미경과 같은 확대 장치를 사용하여 인간 검사자에 의해 종종 수행되지만, 수동 검사는 대규모 생산에 적합하지 않은 지루한 프로세스일 수 있다. 더욱이, 인간 검사와 연관된 제한들로 인해, 섬유 포함 구조체들의 고속 생산 또는 프로세싱 동안 인간 검사를 사용하여 결함들의 형성을 감소 또는 제거하기 위한 실시간 정정 개입이 거의 수행되지 않는다.
본 발명자들은 제조 또는 프로세싱 동안 선형 운동 (linear motion) 하면서 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 신뢰성 있게 검출하기 위한 방법들 및 장치들을 발견할 필요가 있다는 것을 인식하였다. 결함들의 구별과 특성화를 가능하게 하고, 결함들의 발생을 감소시키기 위해 섬유 포함 구조체들의 제조 또는 프로세싱을 수정 또는 종료시킬 필요가 또한 존재한다.
다음의 개시는 선형 운동 중인 섬유 포함 구조체에서의 결함의 실시간 검출을 위한 방법 및 장치, 뿐만 아니라 이들 방법 및 장치를 사용하여 얻어진 섬유 포함 구조체를 설명한다.
당업자가 제조하고 사용할 수 있도록 본 명세서에 기술된 본 개시의 실시예들은 다음을 포함한다:
(1) 일 양태는 섬유 포함 구조체를 적어도 하나의 결함 검출기에 선형으로 통과시키고; 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 직경의 적어도 하나의 직경 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하고; 선택적으로, 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱하고; 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 생성하기 위해 상기 직경 신호, 상기 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교함으로써 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 검출하기 위한 방법에 관한 것이고, (a) 상기 결함 검출기는 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하고; (b) 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 상기 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 상기 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터(finish applicator), 상기 섬유 포함 구조체를 연신하도록 구성된 고데 롤 (godet roll) 조립체, 보빈 상에서 상기 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치되고;
(2) 다른 양태는 상기 기재된 방법 (1) 을 수행함으로써 얻어지는 결함-검출된 섬유 포함 구조체에 관한 것이고;
(3) 또 다른 양태는 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 검출하기 위한 장치들에 관한 것이고. 상기 장치는, (A) 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터, 섬유 포함 구조체를 신장시키도록 구성된 고데 롤 조립체, 보빈 상에서 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합; (B) 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기; (C) 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로부터 획득된 적어도 하나의 직경 신호, 선택적으로 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합들을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하도록 구성된 프로세서를 포함하고. 상기 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경을 측정하면서 상기 섬유 포함 구조체가 상기 결함 검출기를 선형으로 통과한다.
본 발명의 추가적인 목적, 이점 및 다른 특징은 하기의 설명에 부분적으로 제시될 것이며, 부분적으로 이하의 검토에 의해 당업자에게 명백해질 것이며, 또는 본 발명의 실시로부터 학습될 수 있을 것이다. 본 개시는 이하에 구체적으로 설명된 것과 다른 그리고 상이한 실시예들을 포함하고, 본원의 세부사항들은 본 개시를 벗어나지 않고 다양한 관점에서 수정될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서의 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 제한적인 것으로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 다음의 설명에서 도시하는 도면들을 고려하여 설명된다.
도 1a 는 복수의 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드로 형성된 비-트위스팅된 (non-twisted), 비-브레이딩된 (non-braided) 스레드라인을 도시한다.
도 1b 는 함께 브레이딩된 복수의 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드로 형성된 브레이딩된 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 1c 는 함께 브레이딩된 복수의 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드로 형성된 시스에 의해 둘러싸인 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드의 코어를 포함하는 코어-시스 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 1d 는 동일한 방향으로 함께 와이어-레이드 (wire-laid) 된 복수의 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드로 형성된 와이어-레이드 커버에 의해 둘러싸인 필라멘트 또는 필라멘트-포함 스트랜드의 코어를 포함하는 와이어레이 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 2a 는 파단된 필라멘트에 의해 야기된 "플러프 (fluff)" 또는 "필 (peel)" 형태의 결함을 갖는 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 2b 는 섬유 포함 구조체의 표면에 부착된 불순물에 의해 야기되는 작은 “필" 또는 "슬러브" 형태의 결함을 갖는 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 2c 는 섬유 포함 구조체의 표면에 부착된 불순물의 축적에 의해 야기되는 세장형 "필" 또는 "슬러브" 형태의 결함을 갖는 섬유 포함 구조체를 도시한다.
도 3 은 섬유 포함 구조체의 단면 직경을 검출 및 측정하도록 구성된 결함 검출기를 도시한다.
도 4a 는 광 프로젝팅 슬릿을 통과하는 벨트-형상의 평행 광 (belt-shaped parallel light) 을 갖는 결함 검출기의 광 프로젝팅 슬릿을 도시한다.
도 4b 는 광 수용기 슬릿을 통과하는 부분적으로 블로킹된 평행 광 (parallel light) 을 갖는 결함 검출기의 광 수용 슬릿을 도시한다.
도 5a 는 결함 검출기를 선형으로 통과하는 섬유 포함 구조체의 결함 없는 부분에 의해 부분적으로 블로킹되는 평행 광을 갖는 결함 검출기의 광 수용 슬릿을 도시한다.
도 5b 는 결함 검출기를 선형으로 통과하는 섬유 포함 구조체의 결함 포함 부분에 의해 부분적으로 블로킹된 평행광을 갖는 결함 검출기의 광 수용 슬릿을 도시한다.
도 6a 는 파단된 필라멘트에 의해 발생된 박리 결함 (peel defect) 을 갖는 이동하는 섬유 포함 구조체를 도시하며, 규칙적인 간격으로 발생하는 섬유 포함 구조체의 단면 측정 위치를 도시한다.
도 6b 는 부착된 불순물에 의해 야기되는 작은 슬러브 결함 (slub defect) 을 갖는 이동하는 섬유 포함 구조체를 도시하고, 규칙적인 간격으로 발생하는 섬유 포함 구조체의 단면 측정의 위치를 도시한다.
도 6c 는 축적된 불순물에 의해 야기된 세장형 슬러브 결함을 갖는 이동하는 섬유 포함 구조체를 예시하고, 규칙적인 간격으로 발생하는 섬유 포함 구조체의 단면 측정의 위치를 도시한다.
도 7 은 섬유 포함 구조체를 제조하거나 프로세싱하기 위한 장치를 도시한다.
도 8 은 섬유 포함 구조체를 브레이딩 및 검출하기 위한 장치를 도시한다.
도 9 는 결함 검출기 어레이를 통해 선형으로 이동하는 섬유 포함 구조체에 대해 일렬로 배열된 2개의 이축 결함 검출기를 포함하는 결함 검출기 어레이를 도시한다.
본 발명의 실시예들은 이동하는 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 검출하기 위한 다양한 방법들, 결함-검출 방법들을 수행하기 위한 장치들, 및 본 명세서에 설명된 결함-검출 방법들을 수행함으로써 획득되는 결함-검출된 섬유 포함 구조체들을 포함한다. 본 발명의 결함-검출 방법에 대한 특정한 비제한적인 적용이 또한 본 명세서에 기재된다.
다르게 정의되지 않는다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 컨플릭트가 있는 경우, 정의를 포함하여, 본 명세서는 제어된다.
달리 언급되지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 당이다.
양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 또는 상한 및 하한값의 리스트로서 주어질 때, 이는 범위가 별도로 개시되는지 여부에 관계없이 임의의 상한 및 하한 범위의 쌍으로부터 형성되는 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값들의 범위가 본 명세서에서 언급되는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 범위는 그 종점, 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범위가 범위를 정의할 때 열거되는 특정 값으로 제한되는 것은 아니다.
본 명세서의 다양한 요소 및 구성요소를 설명하기 위해 "a" 또는 "an"을 사용하는 것은 단지 편의를 위한 것이며 본 개시의 일반적인 의미을 제공하기 위한 것이다. 본 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독되어야 하고, 단수는 또한 달리 의도된 것이 명확하지 않는 한 복수를 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, "또는" 및 "및/또는" 은 포괄적 (inclusive) 이고 배타적 (exclusive) 이 아닌 것을 의미한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B, 또는 A 및/또는 B 는 다음 중 어느 하나에 의해 충족된다: A 는 참 (또는 존재) 이고 B 는 거짓 (또는 미존재) 이고, A 는 거짓 (또는 미존재) 이고 B 는 참 (또는 존재) 이고, A 및 B 는 모두 참 (또는 존재) 이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "약" 및 "대략" 은 참조된 양 또는 값과 거의 동일한 것을 지칭하며, 특정된 양 또는 값의 ± 5% 를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로 (substantially)" 는, 달리 정의되지 않는 한, 사용되는 문맥에서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 전부 또는 거의 전부 또는 대부분을 의미한다. 이는 산업적 규모 또는 상업적 규모의 상황에서 통상적으로 발생할 수 있는 100% 로부터의 일부 합리적인 차이를 고려하도록 의도된 것이다.
본 명세서 전체에 걸쳐, 달리 정의 및 기재되지 않는 한, 연관된 측정 값을 결정하기 위해 사용되는 기술 용어 및 방법은 2014년 10월에 발행된, ASTM D855 / D885M - 10A (2014), Standard Test Methods for Tire Cords, Tire Cord Fabrics, and Industrial Filament Yarns Made From Man-made Organic-base Fibers 의 설명에 따른다.
편의상, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들의 많은 요소들이 개별적으로 논의된다. 옵션들의 리스트들이 제공될 수 있고 수치 값들이 범위들에 있을 수 있지만, 본 개시은 별도로 설명된 리스트들 및 범위들에 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 달리 언급되지 않는 한, 본 개시 내용 내에서 가능한 각각의 그리고 모든 조합은 모든 목적을 위해 명시적으로 개시된 것으로 간주되어야 한다.
본원의 재료, 방법 및 예는 단지 예시적이며, 구체적으로 언급된 것을 제외하고는 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 또한 본 개시의 실시에 사용될 수 있다.
이동하는 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 검출하기 위한 방법들
선형 운동 (linear motion) 하는 섬유 포함 구조체에서의 결함을 검출하기 위한 방법이 본원에 개시된다. 용어 "섬유 포함 구조체" 는, 스레드라인, 브레이드라인, 와이어레이 및 코어-시스 구조체와 같은 섬유 및/또는 필라멘트로 형성된 임의의 코드형 구조체를 포함한다.
도 1a 내지 도 1d 는 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 섬유 포함 구조체의 예를 도시한다.
도 1a 는 비-트위트팅되고, 비-브레이딩된 번들로서 배열된 복수의 필라멘트 (또는 필라멘트 포함 스트랜드)(10) 를 포함하는 스레드라인 코드 (5) 의 예를 도시한다. 도 1b 는 중심 코어를 갖지 않는 브레이딩된 번들로서 배열된 복수의 필라멘트 (또는 필라멘트-포함 스트랜드)(20) 를 포함하는 브레이드라인 코드 (15) 의 예를 예시한다. 도 1c 는 필라멘트 (또는 필라멘트-포함 스트랜드) 로 형성된 코어 (35) 를 둘러싸는, 복수의 브레이딩된 필라멘트 (또는 브레이딩된 필라멘트-포함 스트랜드)(32) 로 형성된 브레이딩된 시스 (30) 를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 브레이딩된 코드 (25) 의 예를 예시한다. 도 1d 는 필라멘트 (또는 필라멘트-포함 스트랜드) 로 형성된 코어 (55) 를 둘러싸는, 복수의 브레이딩된 필라멘트 (또는 브레이딩된 필라멘트-포함 스트랜드)(50) 로 형성된, 와이어레이 시스 (45) 를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 와이어레이 섬유 포함 구조체 (40) 를 예시한다.
상술한 바와 같이, 예를 들어, 섬유 포함 구조체에 부착될 수 있는 손상된 필라멘트 또는 불순물로 인해 섬유 포함 구조체를 제조 또는 프로세싱할 때 특정 결함이 발생할 수 있다.
도 2a 는 파단된 필라멘트에 의해 야기된 "플러프" 또는 "필" 형태의 결함 (65) 을 갖는 일반적인 섬유 포함 구조체 (60) 를 도시한다. 파단된 필라멘트는 예를 들어 섬유 포함 구조체의 인장, 벤딩 또는 트위스팅으로 인해 발생할 수 있다. 전형적으로, 파단된 필라멘트는 프로세싱 동안 선형 운동으로 섬유 포함 구조체 (60) 의 트레블 방향 (75) 에 대해 예각 (70) 으로 외향으로 연장된다. 그러나, 일부 경우에, 파단된 필라멘트는 섬유 포함 구조체의 트레블 방향에 대해 둔각으로 외향으로 연장될 수 있다. 일부 상황에서, 파단된 필라멘트는 트레블 방향에 대해 둔각 (도 5a 및 도 5b 에 도시됨) 으로 외향으로 연장되는 라당 에지 브랜치 (67) 및 예각 (도 2a 에 도시됨) 으로 외향으로 연장되는 트레일링 에지 브랜치 (65) 를 포함하는 2개의 브랜치형 구조체를 포함할 수 있다.
도 2b 는 섬유 포함 구조체 (80) 의 표면에 부착된 불순물에 의해 야기되는 "필" 또는 "슬러브" 형태의 결함 (85) 을 갖는 일반적인 섬유 포함 구조체 (80) 를 도시한다. 도 2b 의 예는 "필" 또는 "슬러브" 의 부착 지점 (87) 이 "필" 또는 "슬러브" 의 전체 사이즈에 비해 비교적 작은 구역을 차지하는 작은 (최근에 도입된) 불순물을 도시한다.
도 2c 는 섬유 포함 구조체 (90) 의 표면에 부착된 불순물의 형성 또는 축적에 의해 야기되는 세장형 또는 확대된 "필" 또는 "슬러브" 형태의 결함 (95) 을 갖는 일반적인 섬유 포함 구조체 (90) 를 도시한다. 도 2c 의 예는 "필" 또는 "슬러브" 의 부착 지점 (97) 이 "필" 또는 "슬러브" 의 전체 사이즈에 비해 비교적 큰 구역을 차지하는 세장형 또는 확대된 불순물을 도시한다.
본 발명의 결함 검출 방법은 이동하는 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기를 채용한다.
이러한 방법은 (1) 적어도 하나의 결함 검출기를 통해 섬유 포함 구조체를 선형으로 통과시키는 단계; (2) 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 직경의 적어도 하나의 직경 신호를 획득하기 위해 결함 검출기로 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하는 단계; (3) 선택적으로, 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱하는 단계; 및 (4) 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 생성하기 위해 상기 직경 신호, 상기 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 결함 검출기는 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정한다.
도 3 은 섬유 포함 구조체 (110) 의 실루엣 이미지 (105) 를 검출함으로써 선형 운동에서 섬유 포함 구조체의 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기 (100) 의 일례를 도시한다. 이 실시예에서, 결함 검출기 (100) 는 광 소스 (120) 및 렌즈 (125) 를 포함하는 프로젝터 (115), 뿐만 아니라 실루엣 이미지 (105) 를 검출하기 위한 광 수신기 (130) 를 포함한다. 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경은 프로젝터에 의해 투과된 광 (140) 의 총량에 대한 광학 수신기에 의해 검출된 광 (135) 의 양의 감소에 기초하여 계산된다. 광 수신기 (130) 는 직경 신호 (145) 를 생성하고, 이 직경 신호는 (i) 선택적으로 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 직경 신호 (145) 의 신호 프로세싱를 수행하고, (ii) 섬유 포함 구조체 (110) 의 길이에 대한 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호 (160) 를 생성하도록 직경 신호 (145), 선택적인 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합을 적어도 하나의 기준 신호 (155) 에 대해 비교하도록 구성된 프로세서 (150) 로 전송된다. 도 3 의 실시예에서, 광 수신기 (130) 는 능동-픽셀 센서 (165) 를 포함한다.
관련 기술에 공지된 다양한 프로젝터 및 광 검출기가 본 발명의 결함 검출기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로젝터는 레이저 다이오드 및/또는 발광 다이오드를 포함할 수 있고, 광 수신기는 능동 픽셀 센서를 포함할 수 있다. 본 개시의 광학 검출기에 사용되는 능동-픽셀 센서는 포토다이오드 이미지 센서, CCD (charge-coupled device) 이미지 센서, CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은 선형 운동에서 섬유를 포함하는 구조체의 실루엣 이미지를 검출할 수 있는 상업적으로 이용가능한 디바이스를 이용할 수 있다. 예를 들어, Torii 등에 의해 US 2010/0271638 에 설명된 투과 치수 측정 디바이스들은 본 개시의 방법들 및 장치들에서 결함 검출기들로서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 선형 운동으로 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징할 수 있는 관련 기술분야에 공지된 상이한 타입의 검출기를 이용할 수 있다. 예를 들어, 검출 방법은 또한 이미징 광으로 섬유 포함 구조체를 조명하고 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 표면을 이미징할 수 있는 적어도 하나의 이미징 검출기로 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 검출 방법은 표면의 반사된 이미지를 수신하는 이미징 검출기로 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함하지 않을 수 있다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 결함 검출기가 섬유 포함 구조체의 단면 직경을 어떻게 측정할 수 있는지를 도시한다.
위에서 설명되고 예시된 바와 같이, 결함 검출기 (100) 는 프로젝터 (115) 로 섬유 포함 구조체 (110) 상으로 광 (140) 을 투과하고, 이어서 광 수신기 (130) 로 섬유 포함 구조체 (110) 의 실루엣 이미지 (105) 를 검출함으로써 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경을 측정한다 (도 3 참조).
도 4a 는 광 소스 (120) 로부터 투과된 광이 통과하여 벨트 형상의 평행 광빔 (175) 으로 형성되는 광-프로젝팅 슬릿 (170) 을 프로젝터 (115) 가 포함하는 실시예를 도시한다. 도 4b 는 예를 들어, 능동-픽셀 센서 (165) 에 의해 검출되기 전에 부분적으로 블로킹된 평행 광 빔 (135) 이 통과하는 광 수용 슬릿 (185) 을 대응하는 광 수신기 (130) 가 포함하는 실시예를 예시한다.
도 4a 및 도 4b 의 예시에서, 섬유 포함 구조체 (110) 의 결함 없는 부분 (190) 의 존재 (선형 레이트 (v) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과함) 는 병렬 광 빔 (175) 의 일부가 블로킹되게 하여, 광 수신기 (130) 에 의해 검출된 부분적으로 블로킹된 병렬 광 빔 (135) 의 양 (AD) 이 프로젝터 (115) 에 의해 투과된 병렬 광 빔 (175) 의 양 (AT) 보다 적다. 평행 광 빔 (135) 의 블로킹된 부분은 섬유 포함 구조체 (110) 의 실루엣 이미지 (105) 에 대응한다. 이러한 방식으로, 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경 (D) 은 투과된 평행 광 빔 (175) 의 양 (AT) 과 부분적으로 블로킹된 평행 광 빔 (135) 의 양 (AD) 사이의 차이에 기초하여 계산될 수 있다 - 즉, D ~ (A T - A D) 이다.
도 5a 및 도 5b 는 결함 검출기 (100) 가 결함을 검출할 때 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 (105) 가 어떻게 변하는지를 도시한다.
도 5a 는 평행 광 빔 (175) 이 섬유 포함 구조체 (110) 의 결함 없는 부분 (190) 에 의해 부분적으로 블로킹될 때 (선형 레이트 (v)) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과할 때) 시간 t 1 에서의 결함 검출기 (100) 의 광 수신 슬릿 (185) 을 도시한다. 전술한 바와 같이, 평행 광 빔 (135) 의 블로킹된 부분은 섬유 포함 구조체 (110) 의 실루엣 이미지 (105') 에 대응한다. 이러한 방식으로, 시간 t 1 에서 결함 없는 부분 (190) 의 단면 직경 (D1) 은 투과된 평행 광 빔 (175) 의 양 AT 와 부분적으로 블로킹된 평행 광 빔 (135) 의 양 AD 1 사이의 차이를 기초로 계산될 수 있고, 즉 D1 ~ (AT - AD 1) 이다.
도 5b 는 평행 광 빔 (175) 이 섬유 포함 구조체 (110) 의 결함 포함 부분 (195) 에 의해 부분적으로 블로킹될 때 (선형 레이트 (linear rate)(v) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과할 때) 시간 t 2 에서의 결함 검출기 (100) 의 광 수신 슬릿 (185) 을 도시한다. 시간 t 2 에서, 평행 광 빔 (200) 의 블로킹된 부분은 섬유 포함 구조체 (110) 의 실루엣 이미지 (105") 에 대응한다. 이러한 방식으로, 시간 t 2 에서 결함 포함 부분 (195) 의 단면 직경 (D2) 은 투과된 평행 광 빔 (175) 의 양 AT 와 부분적으로 블로킹된 평행 광 빔 (195) 의 양 AD 2 사이의 차이에 기초하여 계산될 수 있고, 즉 D2 ~ (AT - AD 2 ).
도 5b 에 도시된 결함 포함 부분 (195) 이 파단된 필라멘트에 의해 야기된 "플러프" 또는 "박리" 형태의 결함 (67) 을 포함하기 때문에, 더 많은 평행 광 빔 (175) 이 시간 t 1 에 비해 시간 t 2 에서 블로킹된다. 결과적으로, 이 예시에서, 도 5b 에서의 결함 포함 부분 (195) 의 계산된 단면 직경 (D2) 은 도 5a 에서의 결함 없는 부분 (190) 의 계산된 단면 직경 (D1) 보다 크다. 다른 실시예들에서, 결함 포함 부분의 단면 직경 (D2) 은 섬유 포함 구조체 (110) 의 결함 없는 부분의 단면 직경 (D1) 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 파단된 필라멘트의 일부가 섬유 포함 구조체로부터 부서질 때, 그후 결과적인 결함 포함 부분은 섬유 포함 구조체의 결함 없는 부분의 대응하는 단면 직경에 비해 더 작은 단면 직경을 가질 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 결함 검출기를 갖는 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경의 측정은 섬유 포함 구조체가 선형 레이트 (v) 로 결함 검출기를 선형으로 통과함에 따라 규칙적인 (시간/거리) 간격으로 발생한다. 이를 행할 때, 적어도 하나의 단면 직경의 측정은 약 1 샘플/초 내지 적어도 5,000 샘플/초의 범위의 샘플링 레이트로 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 결함 검출기 중 적어도 하나의 샘플링 레이트는 측정이 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한 간격으로 발생하도록 조정된다. 측정이 일어나는 일정한 간격은 약 10 nm 내지 약 1 cm 의 범위일 수 있다.
적어도 하나의 결함 검출기로 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하는 단계, 및 선택적으로 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 직경 신호를 신호 프로세싱하는 단계 다음에, 본 발명의 방법은 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 생성하기 위해 적어도 하나의 기준 신호에 대해 직경 신호 및/또는 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 표면 결함 신호는 직경 신호의 크기, 슬로프 및/또는 곡률과 관련될 수 있다.
표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 크기 표면 결함 카운트의 크기 표면 결함 카운트 신호를 포함할 수 있다. 크기 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 최대 단면 직경의 기준 신호에 대해 직경 신호를 비교함으로써 생성된다. 0 의 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 최대 단면 직경 이하일 때 발생한다. 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 최대 단면 직경보다 클 때 발생하여, 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상대적인 최대 단면 직경 초과의 직경 신호의 크기의 백분율에 대응하는 양의 정수일 수 있다.
표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 슬로프 표면 결함 카운트의 슬로프 표면 결함 카운트 신호를 포함할 수 있다. 상기 슬로프 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 1차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 1차 도함수를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득된다. 0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수 이하일 때 발생한다. 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 최대 1차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수일 수 있다.
표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 곡률 표면 결함 카운트의 곡률 표면 결함 카운트 신호를 포함할 수 있다. 상기 곡률 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 2차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 2차 도함수를 획득하기 위해 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득된다. 0 의 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 이하일 때 발생한다. 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 2차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수일 수 있다.
본 발명의 검출 방법은 또한 직경 신호의 크기, 슬로프 및/또는 곡률에 적어도 부분적으로 기초하여 섬유 포함 구조체에 포함된 결함을 구별 및/또는 분류하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 검출 방법은 또한 직경 신호의 크기, 슬로프 및/또는 곡률에 기초하여 섬유 포함 구조체의 표면 결함 등급을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c 는 섬유 포함 구조체의 결함 포함 부분의 단면 직경의 변화가 상이한 결함을 카운트, 구별 및 분류하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 예시한다.
도 6a 는 시간 t 1 내지 t 8 에서 발생하는 규칙적인 간격으로 섬유 포함 구조체 (110) 의 취해진 단면 측정의 위치를 도시한다. 섬유 포함 구조체 (110)(선형 레이트 (v) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과함) 은 파단된 필라멘트에 의해 발생된 "플러프" 또는 "필" 형태의 결함 (65) 을 갖는 결함 포함 부분 (195) 을 포함한다. 이 예시에서, 시간 t 2 , t 3 , t 4 및 t 5 에서 계산된 단면 직경들은 파단된 필라멘트에 의해 발생된 "플러프" 또는 "필" 결함 (65) 의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 크기에 초점을 맞추면, 도 6a 는 (i) 크기가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 약간 증가하는 것 (0 보다 약간 더 큰 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 크기가 시간 t 2 에 비해 시간 t 4 에서 더 극적으로 증가하는 것 (0 보다 상당히 큰 크기 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 크기가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 갑자기 감소하는 것 (0 의 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 다시 0 로 시간 t 5 에서 크기 표면 결함 카운트의 갑작스런 감소와 함께, 시간 t 3 에서 크기 표면 결함 카운트의 약간의 증가의 이 패턴은, 단지 단일 브랜치 (즉, 트레일링 에지 브랜치는 트레블 방향에 대해 예각으로 외향으로 연장됨, 도 2a 참조) 를 갖는 파단된 필라멘트에 의해 야기된 "플러프" 또는 "필" 결함의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 슬로프에 초점을 맞추면, 도 6a 는 (i) 슬로프가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 약간 증가하는 것 (0 보다 약간 더 큰 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 슬로프가 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 일정하게 유지되거나 또는 약간 증가하는 것 (0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 슬로프가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 갑자기 감소하는 것 (0 의 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 다시 0 로 시간 t 5 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 갑작스런 감소와 함께, 시간 t 3 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 증가의 이 패턴은, 단지 단일 브랜치 (즉, 트레일링 에지 브랜치는 트레블 방향에 대해 예각으로 외향으로 연장됨, 도 2a 참조) 를 갖는 파단된 필라멘트에 의해 야기된 "플러프" 또는 "필" 결함의 존재를 표시한다.
도 6b 는 시간 t 1 내지 t 8 에서 발생하는 규칙적인 간격으로 섬유 포함 구조체 (110) 의 취해진 단면 측정의 위치를 도시한다. 섬유 포함 구조체 (110)(선형 레이트 (v) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과함) 는 섬유 포함 구조체 (110) 의 표면에 부착된 불순물에 의해 야기되는 작은 "필" 또는 "슬러브" 형태의 결함 (85) 을 갖는 결함 포함 부분 (195) 을 포함한다. 이 예시에서, 시간 t 2 , t 3 , t 4 및 t 5 에서 계산된 단면 직경들은 파단된 필라멘트에 의해 발생된 "필" 또는 "슬러브" 결함 (85) 의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 크기에 초점을 맞추면, 도 6b 는 (i) 크기가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 갑자기 증가하는 것 (0 보다 현저하게 더 큰 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 크기가 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 단지 약간 증가하는 것 (크기 표면 결함 카운트는 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 약간만 증가함), 및 그후 (iii) 크기가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 갑자기 감소하는 것 (0 의 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 다시 0 로 시간 t 5 에서 크기 표면 결함 카운트의 갑작스런 감소와 함께, 시간 t 3 에서 크기 표면 결함 카운트의 갑작스러운 그리고 현저한 증가의 이 패턴은, 최근 도입된 불순물에 의해 야기된 작은 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 슬로프에 초점을 맞추면, 도 6b 는 (i) 슬로프가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 약간 증가하는 것 (0 보다 더 큰 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 슬로프가 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 거의 0 으로 감소되는 것 (대략 0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 슬로프가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 0 으로 복귀하는 것 (0 의 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 시간 t 4 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 갑작스런 감소 및 시간 t 5 에서 다시 0 로 슬로프 표면 결함 카운트의 감소와 함께, 시간 t 3 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 증가의 이 패턴은, 최근 도입된 불순물에 의해 야기된 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 곡률에 초점을 맞추면, 도 6b 는 (i) 곡률이 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 증가하는 것 (0 보다 더 큰 곡률 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 곡률이 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 거의 0 으로 감소되는 것 (거의 0 의 곡률 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 곡률은 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 0 으로 유지되는 것 (0 의 곡률 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 시간 t 4 및 t 5 에서 0 로 곡률 표면 결함 카운트의 감소와 함께, 시간 t 3 에서 곡률 표면 결함 카운트의 증가의 이 패턴은, 최근 도입된 불순물에 의해 야기된 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
도 6c 는 시간 t 1 내지 t 8 에서 발생하는 규칙적인 간격으로 섬유 포함 구조체 (110) 의 취해진 단면 측정의 위치를 도시한다. 섬유 포함 구조체 (110)(선형 레이트 (v) 로 결함 검출기 (100) 를 선형으로 통과함) 는 섬유 포함 구조체 (110) 의 표면에 부착된 불순물의 축적 또는 형성에 의해 야기되는 세장형 또는 확대된 "필" 또는 "슬러브" 형태의 결함 (95) 을 갖는 결함 포함 부분 (195) 을 포함한다. 이 예시에서, 시간 t 2 , t 3 , t 4 및 t 5 에서 계산된 단면 직경들은 파단된 필라멘트에 의해 발생된 "필" 또는 "슬러브" 결함 (95) 의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 크기에 초점을 맞추면, 도 6c 는 (i) 크기가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 약간 증가하는 것 (0 보다 약간 더 큰 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 크기가 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 보다 극적으로 증가하는 것 (크기 표면 결함 카운트는 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 극적으로 증가함), 및 그후 (iii) 크기가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 감소하는 것 (0 보다 약간 큰 크기 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 시간 t 4 에서 크기 표면 결함 카운트의 증가 및 그후 시간 t 5 에서 크기 표면 결함 카운트의 감소와 함께, 시간 t 3 에서 크기 표면 결함 카운트의 약간의 증가의 이 패턴은, 불순물의 축적 또는 성형에 의해 야기된 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 슬로프에 초점을 맞추면, 도 6c 는 (i) 슬로프가 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 증가하는 것 (0 보다 더 큰 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 슬로프가 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 거의 0 으로 감소되는 것 (대략 0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 슬로프가 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 다시 증가하는 것 (0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 시간 t 4 에서 대략 0 까지 슬로프 표면 결함 카운트의 갑작스러운 감소 및 시간 t 5 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 증가와 함께, 시간 t 3 에서 슬로프 표면 결함 카운트의 증가의 이 패턴은, 불순물의 축적 또는 성형에 의해 야기된 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
결함 포함 부분 (195) 내의 섬유 포함 구조체 (110) 의 단면 직경의 곡률에 초점을 맞추면, 도 6c 는 (i) 곡률이 시간 t 2 에 비해 시간 t 3 에서 약간 증가하는 것 (0 보다 더 큰 곡률 표면 결함 카운트가 시간 t 3 에서 발생함), (ii) 곡률이 시간 t 3 에 비해 시간 t 4 에서 거의 0 으로 감소되는 것 (대략 0 의 곡률 표면 결함 카운트는 시간 t 4 에서 발생함), 및 그후 (iii) 곡률이 시간 t 4 에 비해 시간 t 5 에서 다시 증가하는 것 (0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트가 시간 t 5 에서 발생함) 을 예시한다. 시간 t 4 에서 대략 0 까지 곡률 표면 결함 카운트의 갑작스러운 감소 및 시간 t 5 에서 곡률 표면 결함 카운트의 증가와 함께, 시간 t 3 에서 곡률 표면 결함 카운트의 증가의 이 패턴은, 불순물의 축적 또는 성형에 의해 야기된 "필" 또는 "슬러브" 결함의 존재를 표시한다.
일반적으로, 적어도 하나의 결함 검출기를 선형으로 통과하는, 섬유 포함 구조체에 포함된 상이한 결함들을 구별하고 분류하는 능력은 측정의 샘플링 레이트를 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 6a 내지 도 6c 의 측정 간격의 수가 2배로 되어 - 16개의 측정이 섬유 포함 구조체 (110) 의 동일한 길이에 걸쳐 취해진다면 - 상이한 결함을 구별하고 분류하는 능력이 개선될 수 있는데, 왜냐하면 전술한 패턴이 더 큰 분해능으로 검출될 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 결함 검출 방법은 표면 결함 신호에 기초하여 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 변화시키는 추가적인 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 간격의 수를 증가시키기 위해 섬유 포함 구조체의 선형 레이트가 감소될 수 있고, 이에 의해 감도를 증가시키고 상이한 결함을 구별하고 분류하는 능력을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 결함 검출 방법은 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 측정하기 위해 적어도 하나의 속도계를 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 포함 구조체는 분 당 적어도 300 미터의 선형 레이트로 적어도 하나의 결함 검출기를 통해 선형으로 통과될 수 있는 반면, 다른 실시예에서 선형 레이트는 분당 10 센티미터 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 섬유 포함 구조체가 텍스처링된 표면을 갖는 브레이딩된 섬유 포함 구조체 또는 와이어 레이드 (wire-laid) 섬유 포함 구조체인 경우, 섬유 포함 구조체는 분당 10 센티미터 미만 내지 분당 적어도 1 미터의 선형 레이트로 적어도 하나의 검출기를 통해 선형으로 통과될 수 있다.
일부 실시예에서, 결함 검출 방법은 표면 결함 신호에 기초하여 적어도 하나의 단면 직경을 측정하는 샘플링 레이트를 변경하는 추가 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 레이트는 측정 간격의 수를 증가시키기 위해 증가될 수 있고, 이에 의해 감도를 증가시키고 상이한 결함을 구별하고 분류하는 능력을 향상시킬 수 있다.
(예를 들어, 단면 직경의 크기, 슬로프 및/또는 곡률에 기초하여) 다양한 표면 결함 신호들을 생성하기 위해 사용되는 기준 신호들에 관하여, 기준 신호들은 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한, 일정한 기준 신호들일 수 있고, 기준 신호들은 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 하나 이상의 지점에서 변화하는 가변 기준 신호들일 수 있거나, 이들의 조합들일 수 있다.
결함 검출기 중 적어도 하나는 적어도 하나의 롤러, 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 압출 장치, 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 브레이딩 기계, 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 인장 조립체, 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 적어도 하나의 어플리케이터, 섬유 포함 구조체를 연신하도록 구성된 적어도 하나의 고데 롤 조립체, 보빈 상에서 상기 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 적어도 하나의 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치된다. 섬유 포함 구조체를 핸들링, 프로세싱 및/또는 측정하기 위해 일반적으로 사용되는 다른 장치들이 또한 본 개시의 결함 검출기들과 일렬로 위치될 수 있다.
도 7 은 복수의 결함 검출기 (205, 206, 207, 208, 209 및 210)(또는 후술되는 결함 검출기 어레이) 가 인장 조립체 (215, 마무리 어플리케이터 (220, 고데 롤 조립체 (225, 및 와인딩 조립체 (230) 와 함께 위치되는 섬유 포함 구조체를 제조 또는 프로세싱하기 위한 장치를 도시한다. 이 예에서, 섬유 포함 구조체 (110) 는 보빈 또는 상류 프로세스 (235) 로부터, 주위의 결함 검출기 (205 및 206) 와 일렬로 위치된 인장 조립체 (215) 를 통해, 그후 제 1 롤러 (240) 를 거쳐, 그리고 주위의 결함 검출기 (207 및 208) 와 일렬로 위치된 마무리 어플리케이터 (220) 를 통해, 그후 제 2 롤러 (245) 를 거쳐, 그리고 결함 검출기 (209) 와 일렬로 위치된 고데 롤 조립체 (225) 를 통해, 그후 제3 롤러 (250) 를 거쳐, 그리고 댄서 아암 (dancer arm : 255), 횡단 안내 조립체 (260) 및 피니시 보빈 (265) 을 포함하는 와인딩 조립체 (230) 내로 선형으로 통과된다. 상류 프로세스 (235) 는 예를 들어 섬유 포함 구조체 (110) 를 제조하기 위한 압출, 와인딩 또는 브레이딩 프로세스를 포함할 수 있다.
본 발명의 검출 방법은 압출 프로세스에 의해 상기 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치와 일렬로 위치된다. 본 발명의 검출 방법은 브레이딩 프로세스에 의해 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치된다. 결함 검출기는 또한 브레이딩 장치 내에, 예를 들어 적어도 하나의 캐리어 보빈 (또는 캐리어 가이드) 과 와인딩 샤프트 사이에 위치될 수 있다.
본 발명의 검출 방법은 또한 표면 결함 신호에 기초하여, 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 선형 레이트 또는 이들의 조합의 작동을 수정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법이 마무리 어플리케이터 (220) 의 바로 하류에서 시작하는 표면 결함 출력의 증가를 검출한다면, 마무리 어플리케이터의 작동은 표면 결함 출력을 감소시키기 위해 섬유 포함 구조체의 선형 레이트 (v) 를 감소시킴으로써, 또는 마무리 어플리케이터 (220) 의 작동 파라미터를 변경함으로써 수정될 수 있다.
일렬로 위치된 적어도 2개의 결함 검출기를 포함하는 결함 검출기 어레이가 또한 본 개시의 방법에 이용될 수 있다. 도 8 은 결함 검출기 어레이 (270) 가 전술한 인장 조립체 (215), 마무리 어플리케이터 (220), 고데 롤 조립체 (225) 및/또는 와인딩 조립체 (230) 와 같은 브레이딩 기계 (275) 의 하류 및 하류 프로세스 (280) 의 상류에 위치되는 실시예를 도시한다. 도 8 의 예에서, 결함 검출기 어레이 (270) 는 일렬로 위치된 2개의 결함 검출기들 (285 및 290) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 결함 검출기 어레이의 결함 검출기들은 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전될 수 있어서, 상기 섬유 포함 구조체의 상이한 실루엣 이미지가 적어도 2개의 결함 검출기에 의해 검출된다. 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위일 수 있다.
본 발명의 결함 검출기는 상이한 방향으로부터 섬유 포함 구조체의 복수의 단면 직경을 동시에 측정할 수 있는 다축 결함 검출기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 이축 결함 검출기 (biaxial defect detector) 는 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함한다. 상기 2개의 프로젝터는 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함할 수 있다. 상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 프로젝터 A 는 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬된다. 프로젝터 A 와 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 광 수신기 A 와 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전된다. 일부 실시예에서, 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175°범위이다.
도 9 는 선형 레이트 (v) 로 결함 검출기 어레이 (295) 를 통해 선형으로 이동하는 섬유 포함 구조체 (110) 에 대해 일렬로 장착된 2개의 이축 결함 검출기 α (300) 및 β (305) 를 포함하는 결함 검출기 어레이 (295) 를 도시한다. 2개의 이축 결함 검출기들 α (300) 및 β (305) 각각은 광학 수신기 A (320) 및 광 수신기 B (325) 뿐만 아니라 프로젝터 A (310) 및 프로젝터 B (315) 를 포함한다. 프로젝터 A (310) 는 광 수신기 A (320) 와 광학적으로 정렬되고, 프로젝터 B (315) 는 광 수신기 B (325) 와 광학적으로 정렬된다. 이축 결함 검출기 α (300) 에서, 프로젝터 A (310) 및 프로젝터 B (315) 는 프로젝터 오프셋 각도 ΔΦα 만큼 서로에 대해 회전되며, 여기서 ΔΦα = Φ1 α - Φ2 α 이다. 이축 결함 검출기 β (305) 에서, 프로젝터 A (310) 및 프로젝터 B (315) 는 프로젝터 오프셋 각도 ΔΦβ 만큼 서로에 대해 회전되며, 여기서 ΔΦβ = Φ1 β - Φ2 β 이다.
도 9 의 실시예에서, 이축 결함 검출기 α (300) 및 β (305) 는 또한 대략 90°의 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 오프셋되고, 선형 분리 거리 d (330) 만큼 이격되게 설정된다. 일부 실시예에서, 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 이격 거리 (d) 는 약 1 mm 내지 약 100 mm 의 범위일 수 있다. 본 개시의 다른 실시예들은 일렬로 배열된 결함 검출기들 중 적어도 3개를 갖는 결함 검출기 어레이들을 채용할 수 있다.
섬유 포함 구조체들
본 발명은 또한 본 명세서에 개시된 결함 검출 방법에 의해 얻어진 섬유 포함 구조체에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 또는 레이드 시스 (laid sheath) 를 갖는 스레드라인, 브레이드라인 또는 코어-시스 구조체를 포함할 수 있다. 스레드라인들은 미터 당 10 턴 미만, 또는 심지어 미터 당 1 턴 미만의 트위스트 레벨들을 가질 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "코어-시스 구조체" 는 중심 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 브레이딩된 스트랜드들의 외부 시스 (재킷) 를 갖는 코드형 구조체들을 설명한다. 도 1c 및 도 1d 는 각각 브레이딩된 및 와이어-레이드 시스를 갖는 코어-시스 구조체를 도시한다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 코어-시스 구조체의 외부 표면의 텍스처링 (texturing) 및 표면 거칠기를 제어하기 위해 코어의 외부 표면에 더 타이트하게 합치할 수 있는 것보다 낮은 두께의 형상-제어된 (평탄화된) 재킷을 갖는 코어-시스 구조체를 포함할 수 있다. 이러한 형상 제어된 코어-시스 구조체는 2020년 6월 26일에 출원된 미국 가출원 제63/044,418호에 기재된 것을 포함하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 또한 변화하는 단면적을 갖는 브레이딩된 코드를 포함할 수 있다. 변화하는 단면적을 갖는 이러한 브레이딩된 코드는 2020년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 제63/069,182호에 기재된 것들을 포함하며, 그의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
일부 실시예에서, 코어에 걸친 브레이딩된 시스의 표면 커버리지는 적어도 85%이다. 다른 실시예들에서, 표면 커버리지는 약 25% 내지 약 100% 의 범위일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 표면 커버리지는 인접한 스트랜드들이 서로 적어도 부분적으로 중첩되도록 100% 를 초과할 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면 커버리지는 약 25% 내지 약 150% 의 범위일 수 있다. 예를 들어, 표면 커버리지는 약 50% 내지 약 125%, 또는 약 75% 내지 약 110%, 또는 약 85% 내지 약 105%, 또는 약 90% 내지 약 100% 의 범위일 수 있다.
일부 코어-시스 구조체들에서, 표면 커버리지는 (갭들의 의도적 존재로 인해) 100% 미만으로 현저히 떨어질 수 있거나, (중첩되는 재킷 (시스) 의 스트랜드들로 인해) 100% 초과로 현저히 떨어질 수 있다. 이러한 실시예는, 예를 들어, (갭 및/또는 돌출부의 존재로 인해) 더 높은 표면 거칠기의 재킷 (시스) 을 얻는 것이 유리할 때 또는 (중첩 스트랜드의 존재로 인해) 코어에 대한 추가 보호가 요구될 때 이점일 수 있다.
이완 상태 (즉, 코어-시스 구조체에 인장이 적용되지 않는 자연 휴지 상태) 에서 브레이딩된 시스의 피크 카운트 (pick count) 는 미터 당 30 내지 3000 필라멘트 단위 (unit) 크로스오버의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 브레이딩된 시스의 피크 카운트는 이완 상태에서, 미터 당 약 30 내지 3000 의 크로스오버, 또는 미터 당 약 50 내지 약 2000 의 크로스오버, 또는 미터 당 약 50 내지 1000 의 크로스오버의 범위일 수 있다.
브레이딩된 시스의 스트랜드 (단부) 카운트는 코어-시스 구조체의 요건들 및 브레이딩 디바이스의 능력들에 의존한다. 3 내지 200 초과의 범위의 스트랜드 (단부) 카운트가 특정 적용예에 따라 채용될 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이딩된 시스의 스트랜드 (단부) 카운트는 4 내지 96 단부의 범위일 수 있고, 다른 적용예에서 약 24 단부로 제한된 스트랜드 (단부) 카운트가 적절할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 코어-시스 구조체의 스트랜드 (단부) 카운트는 4 내지 24 의 단부, 또는 4 내지 16 의 단부, 또는 4 내지 12 의 단부, 또는 4 내지 8 의 단부, 또는 4 내지 6 의 단부의 범위일 수 있다. 의학적 적용예에서, 본 개시의 코어-시스 구조체는 종종 4 내지 24 단부 범위이다.
이완 상태에서 브레이딩된 시스의 브레이딩 각도는 일반적으로 약 5°내지 약 85°의 범위이다. 다른 실시예에서, 이완 상태에서 브레이딩된 시스의 S- 및 Z-스트랜드의 브레이드 각도는 약 5°내지 약 60°, 또는 약 10°내지 약 75°, 또는 약 15°내지 약 60°, 또는 약 20°내지 약 45°, 또는 약 5°내지 45°의 범위일 수 있다.
브레이드 각도 선택은 본 발명의 섬유 포함 구조체로서 사용되는 코어-시스 구조체의 특성에 심대한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 브레이드 각도를 감소시키는 것은, 재킷 (시스) 의 로드-베어링 섬유가 로드의 방향과 더 정렬되기 때문에, 결과적인 코어-시스 구조체의 모듈러스 및/또는 강도를 증가시키는 경향이 있다. 브레이드 각도 선택은 또한 코어와 재킷 (시스) 사이의 로드 공유를 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어와 재킷 (시스) 사이의 로드 공유의 균형은 최적의 인장 강도 및 내구성 특성들을 갖는 코어-시스 구조체들을 얻기 위해 중요하다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 코어 및 코어를 둘러싸는 스트랜드들의 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 포함할 수 있으며, 여기서 브레이딩된 시스는 이완 상태에서 5°이상의 브레이드 각도를 갖는 스트랜드들을 포함하고, 이완 상태에서 5°이상의 브레이드 각도를 갖는 스트랜드들은 필라멘트의 적어도 하나의 성형된 스트랜드를 포함한다. 이러한 코어-시스 구조체는 필라멘트의 성형된 스트랜드가 미터 당 1 턴 미만의 트위스트 레벨을 갖는 비- 트위스팅된 스트랜드이고, 필라멘트의 성형된 스트랜드의 단면 종횡비가 브레이딩된 시스에서 측정된 바와 같이 적어도 3:1 이고, 브레이딩된 시스의 적어도 일부의 두께가 약 20 내지 약 200 ㎛ 의 범위이고 및/또는 브레이딩된 시스가 12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 합성 섬유를 포함하도록 제조될 수 있다.
본 발명의 코어-시스 구조체는 브레이딩된 시스가 미터 당 0.75 턴 미만, 또는 미터 당 0.5 턴 미만, 또는 미터 당 0.25 턴 미만의 트위스트 레벨을 갖는 필라멘트의 적어도 하나의 비-트위스팅된 성형된 스트랜드를 포함하는 실시예를 포함한다.
일부 실시예에서, 성형된 스트랜드 필라멘트의 단면 종횡비는 3:1 내지 50:1, 또는 3:1 내지 20:1, 또는 4:1 내지 15:1, 또는 5:1 내지 10:1 의 범위이다. 다른 경우에, 필라멘트의 성형된 스트랜드의 단면 종횡비는 약 3:1 내지 약 50:1 (난형도 (ovality) 약 68 내지 98%), 또는 약 4.1:1 내지 약 50:1 (난형도 약 75.5 내지 98%), 또는 약 5.6:1 내지 약 50:1 (난형도 약 82 내지 98%), 또는 약 8:1 내지 약 22.2:1 (난형도 약 87.5% 내지 95.5%) 의 범위일 수 있다
브레이딩된 시스의 적어도 일부분의 두께는 약 16 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 약 40 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 175 ㎛, 또는 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 125 ㎛의 범위일 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 합성 섬유를 포함할 수 있다. 합성 섬유는 적어도 13 cN/dtex, 또는 적어도 15 cN/dtex, 또는 적어도 20 cN/dtex 의 인장 강도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이딩된 시스에 포함된 합성 섬유는 13 cN/dtex 내지 50 cN/dtex, 또는 15 cN/dtex 내지 45 cN/dtex 범위의 인장 강도를 가질 수 있다.
12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 합성 섬유에 더하여, 본 발명의 섬유 포함 구조체는 약 1 cN/dtex 내지 약 30 cN/dtex 범위의 인장 강도를 갖는 다른 합성 및 비합성 섬유 및 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 섬유 포함 구조체는 12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 적어도 하나의 합성 섬유 및 12 cN/dtex 미만의 인장 강도를 갖는 적어도 하나의 합성 또는 비합성 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 또한 약 15 ㎛ 내지 약 20 mm 범위의 최대 (외부) 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 외경은 약 20 ㎛ 내지 약 8 mm, 또는 약 30 ㎛ 내지 약 5 mm, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 3 mm, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 1 mm 의 범위일 수 있다.
매우 다양한 코어 사이즈가 또한 본 발명의 코어-시스 구조체에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 코어의 최대 직경은 약 10 ㎛ 내지 약 20mm 일 수 있다. 다른 실시예에서, 코어의 최대 직경은 약 15 ㎛ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 25 ㎛ 내지 약 5 ㎜, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위일 수 있다.
본 발명의 코어 시스 구조체는 트위스팅된 또는 비-트위스팅된 코어 (twisted or non-twisted core) 뿐만 아니라 모노-필라멘트 코어를 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 코어는 미터 당 0 초과 내지 1600 턴의 트위스트 레벨로 함께 트위스팅된 적어도 2개의 코어 스트랜드를 포함한다. 상기 트위스팅된 또는 비-트위스팅된 코어에 포함되는 코어 스트랜드의 수는 1 내지 500 의 범위일 수 있으며, 멀티 스트랜드 코어를 제조하기 위해 사용되는 코어 스트랜드들 또는 코어의 트위스트 레벨은 미터당 1 내지 1600 턴일 수 있다. 트위스팅된, 비-트위스팅된, 및/또는 브레이딩된 필라멘트들의 조합이 또한 본 발명의 코어-시스 구조체들에서 코어들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 원형 단면을 갖는 라운드 코어 및 성형된 스트랜드로 이루어진 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 포함하며, 성형된 스트랜드의 평탄화 팩터는 약 0.05 내지 약 0.45 의 범위이다.
다른 실시예에서, 평탄화 팩터는 약 0.1 내지 약 0.35, 또는 약 0.10 으로부터 약 0.30, 또는 약 0.1 내지 약 0.25 까지의 범위일 수 있다.
일부 실시예들에서, 코어-시스 구조체에서의 코어는 표면 처리된 코어이다. 예를 들어, 코어 구성요소 표면은 브레이딩된 시스의 적용 전에 코로나 또는 플라즈마 처리될 수 있다. 이러한 처리는 코어와 브레이딩된 시스의 내부 표면 사이의 접촉 (표면 상호작용) 을 향상시키는 표면 결함 또는 변형을 생성할 수 있고, 코어와 브레이딩된 시스 사이의 상호작용을 추가로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 브레이딩된 섬유 포함 구조체에서 사용되는 성형된 스트랜드의 비율에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 브레이딩 단계에서 사용되는 모든 스트랜드는 성형된 스트랜드인 반면, 다른 실시예에서, 브레이딩 단계에서 사용되는 스트랜드의 단지 일부만이 성형된 스트랜드이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 좌측 방향으로 브레이딩된 모든 S-스트랜드는 성형된 스트랜드인 반면, 우측 방향으로 브레이딩된 모든 Z-스트랜드는 브레이딩 단계 이전에 발생하는 성형 단계를 거치지 않는 비-성형된 스트랜드이거나, 그 반대이다. 또 다른 실시예에서, S- 및 Z- 스트랜드 중 하나 또는 둘 모두의 일부만이 성형된 스트랜드일 수 있다. 본 발명의 실시예는 브레이딩된 시스에 단지 하나의 성형된 스트랜드만을 포함하거나, 또는 브레이딩된 시스에 모든 (100%) 성형된 스트랜드들을 포함하거나, 또는 브레이딩된 시스에 하나의 성형된 스트랜드와 100% 의 성형된 스트랜드들 사이의 임의의 조합을 포함하는 코어-시스 구조체를 포함한다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 또한 코어-시스 (core-sheath) 구조체를 포함하며, 여기서 브레이딩된 시스는 적어도 3:1 의 단면 종횡비를 갖는 필라멘트들의 적어도 하나의 성형된 스트랜드 및 2:1 미만의 단면 종횡비를 갖는 필라멘트들의 적어도 하나의 비성형된 스트랜드를 포함하는 하이브리드 재킷이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 브레이딩된 시스는 적어도 3:1 의 단면 종횡비를 갖는 필라멘트의 적어도 하나의 성형된 스트랜드 및 미터 당 0 초과 내지 1600 턴의 트위스트 레벨을 갖는 필라멘트의 적어도 하나의 트위스팅된 (비-성형된) 스트랜드를 포함하는 하이브리드 재킷이다. 상기 설명된 바와 같이, 트위스팅된 필라멘트 번들 (즉, 트위스팅된 스트랜드) 은 비-트위스팅된 필라멘트 번들과 비교하여 더 강성이고 성형되기 쉽다.
본 발명의 섬유 포함 구조체로서 사용되는 코어-시스 구조체는 또한, 좌측 방향으로 브레이딩된 S-스트랜드 및 우측 방향으로 브레이딩된 Z-스트랜드에 추가하여, 이완 상태에서 5°미만의 브레이드 각도를 갖는 종방향 스트랜드를 포함하는 삼축 브레이딩된 시스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삼축 브레이딩된 시스는 복수의 스트랜드들의 브레이딩 전에 종방향 스트랜드들 중 적어도 하나를 성형함으로써 형성된 적어도 하나의 성형된 종방향 스트랜드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 삼축 브레이딩된 시스는 S- 및 Z-스트랜드에 추가하여, 하나의 성형된 종방향 스트랜드, 모든 성형된 종방향 스트랜드, 또는 이들 사이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 또한 윤활제, 섬유, 표면-코팅된 필라멘트, 또는 이들의 조합과 같은 추가의 구성요소를 포함할 수 있다. 본 발명의 섬유 포함 구조체에 사용되는 윤활제는 윤활 필라멘트 및 윤활 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 표면-코팅된 필라멘트는 표면 코팅으로서 가교결합 또는 비-가교결합 실리콘 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 약 30 데니어 내지 약 10,000 데니어 범위의 선형 질량 밀도를 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 코어-시스 구조체의 선형 질량 밀도는 약 40 데니어 내지 약 4500 데니어, 또는 약 50 데니어 내지 약 4000 데니어, 또는 약 100 데니어 내지 약 3000 데니어, 또는 약 70 데니어 내지 약 2000 데니어, 또는 약 80 데니어 내지 약 1500 데니어, 또는 약 90 데니어 내지 약 1000 데니어의 범위일 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 유기 섬유를 포함할 수 있다. 본 개시의 섬유 포함 구조체에 포함된 섬유의 화학적 조성물은 높은 인장 강도, 높은 강인성 및 낮은 크리프의 조합을 제공하는 것으로 공지된 임의의 고성능 폴리머일 수 있고, 몇가지 예를 들자면 액정 폴리에스테르 필라멘트, 아라미드 필라멘트, 코폴리머 아라미드 필라멘트, 폴리에테르 에테르 케톤 필라멘트, 폴리(p-페닐렌 벤조비스옥사졸)(PBO) 필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 고탄성률 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리프로필렌 필라멘트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 폴리아미드 필라멘트, 고강도 폴리비닐 알코올 필라멘트, 폴리하이드로퀴논 디이미다조피리딘 (PIPD) 필라멘트, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있지만, 이들에 제한되지는 않는다.
폴리하이드로퀴논 디이미다조피리딘 (PIPD) 필라멘트 섬유는 하기 반복 단위의 폴리머에 기초한다:
Figure pct00001
본 발명의 섬유 포함 구조체는 액정 폴리에스테르 필라멘트, 아라미드 필라멘트, 코폴리머 아라미드 필라멘트, 폴리에테르 에테르 케톤 필라멘트, 폴리(p- 페닐렌 벤조비스옥사졸) 필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 고모듈러스 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리프로필렌 필라멘트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 폴리아미드 필라멘트, 폴리하이드로퀴논 디이미다조피리딘 필라멘트 및 고강도 폴리비닐 알코올 필라멘트로 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 재료 중 적어도 2개가 섬유 포함 구조체에 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 섬유 포함 구조체는 액정 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, PBO 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 및 고강도 폴리비닐 알코올 섬유로부터 선택된 적어도 하나의 섬유를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 브레이딩된 시스의 성형된 및/또는 비-성형된 스트랜드는 액정 폴리에스테르 섬유 및 아라미드 섬유, 특히 액정 폴리에스테르 섬유로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 코어-시스 구조체는 일부 실시예에서, 액정 폴리에스테르 필라멘트, 아라미드 필라멘트, 코폴리머 아라미드 필라멘트, 폴리에테르 에테르 케톤 필라멘트, 폴리(페닐렌 벤조비스옥사졸) 필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리프로필렌 필라멘트, 고탄성률 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 폴리아미드 필라멘트, 및 고강도 폴리비닐 알코올 필라멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 코어를 포함할 수 있다.
폴리머화 단위들은 표 1 에 나타낸 것을 포함할 수 있다.
표 1
Figure pct00002
(여기서 X 는 화학식에서 다음의 구조체로부터 선택된다)
Figure pct00003
(여기서 m=0 내지 2 이고 Y= 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 아릴기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기 및 아랄킬옥시기로부터 선택된 치환기이다)
상기 표 1 에 예시한 폴리머화 단위과 관련하여, Y 치환기의 수는 고리 구조에서 치환가능한 포지션의 최대수와 같고, 각각의 Y 는 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자 (예를 들면, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), 알킬기 (예를 들면, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기 또는 t-부틸기와 같은 1 내지 4 의 탄소 원자를 갖는 알킬기), 알콕시기 (예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기 등), 아릴기 (예를 들면, 페닐기, 나프틸기 등), 아랄킬기[벤질기 (페닐메틸기, 페닐에틸기 (페닐에틸기) 등], 아릴옥시기 (예를 들면, 페녹시기 등, 아랄킬옥시기 (예를 들면, 벤질옥시기 등), 또는 이들의 혼합물이다.
액정 폴리에스테르 섬유는 액정 폴리에스테르 수지를 용융방사하여 얻을 수 있다. 상기 방사된 섬유는 기계적 특성을 향상시키기 위하여 추가로 열처리될 수 있다. 상기 액정 폴리에스테르는, 예를 들어, 방향족 디올, 방향족 디카르복실산 또는 방향족 히드록시카르복실산으로부터 유도된 반복 폴리머화 단위으로 구성될 수 있다. 상기 액정 폴리에스테르는 방향족 디아민, 방향족 히드록시아민 및/또는 방향족 아미노카르복실산으로부터 유도된 폴리머화 단위를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
보다 구체적인 폴리머화 단위는 하기 표 2 내지 표 4 에 나타낸 하기 구조에 예시되어 있다.
상기 화학식에서 폴리머화 단위가 복수의 구조를 나타낼 수 있는 단위인 경우, 2개 이상의 단위가 조합되어 폴리머를 구성하는 폴리머화 단위로 사용될 수 있다.
표 2, 표 3 및 표 4 의 폴리머화 단위에서, n 은 1 또는 2 의 정수이고, 각각의 단위 n = 1, n = 2 는 단독으로 또는 조합하여 존재할 수 있고; 각각의 Y1 및 Y2 는 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자 (예를 들면, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), 알킬기 (예를 들면, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기 또는 t-부틸기와 같은 1 내지 4 의 탄소 원자를 갖는 알킬기), 알콕시기 (예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기 등), 아릴기 (예를 들면, 페닐기, 나프틸기 등, 아랄킬기[벤질기 (페닐메틸기, 페닐에틸기 (페닐에틸기) 등], 아릴옥시기 (예를 들면, 페녹시기 등), 아랄킬옥시기 (예를 들면, 벤질옥시기 등), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이들 기 중, Y 는 수소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 메틸기인 것이 바람직하다.
표 2
Figure pct00004
표 3
Figure pct00005
표 4
Figure pct00006
표 3 의 (14) 에서 Z 는 하기 화학식으로 나타내는 2가의 기를 포함할 수 있다.
Figure pct00007
일부 구현예에서, 액정 폴리에스테르는 폴리머화된 단위으로서 나프탈렌 골격을 포함하는 조합일 수 있다. 구체적으로 히드록시벤조산에서 유도되는 폴리머화된 단위 (A) 및 히드록시나프토산에서 유도되는 폴리머화된 단위 (B) 를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 (A) 는 화학식 (A) 일 수 있고, 단위 (B) 는 화학식 (B) 일 수 있다. 용융 몰딩성을 향상시키는 관점에서, 단위 (A) 와 단위 (B) 의 비율은 9/1 내지 1/1, 바람직하게는 7/1 내지 1/1, 더욱 바람직하게는 5/1 내지 1/1 일 수 있다.
Figure pct00008
폴리머화된 단위 (A) 및 폴리머화된 단위 (B) 의 합은, 예를 들면, 전체 폴리머화된 단위를 기준으로 약 65 mol% 이상, 또는 약 70 mol% 이상, 또는 약 80 mol% 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이딩된 시스는 폴리머에서 약 4 내지 약 45 mol% 의 폴리머화된 단위 (B) 을 포함하는 액정 폴리에스테르를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 융점은 JIS K7121 시험 방법에 따라 시차 주사 열량계 (DSC)(예를 들어, 메틀러 캄파니 (METTLER Co.) 에 의해 제조된 "TA3000") 에 의해 측정 및 관찰되는 주 흡수 피크 온도이다. 구체적으로, 10 내지 20 mg 의 샘플을 전술한 DSC 장치에 사용하고, 샘플을 알루미늄 팬에 캡슐화한 후, 질소를 100 cc/분의 유량으로 캐리어 가스로 유동하게 하고 20℃/분의 레이트로 가열했을 때의 흡열 피크를 측정한다. 폴리머의 타입에 따라 DSC 측정에서 첫 번째 실험에서 잘 정의된 피크가 나타나지 않으면, 50℃/분의 온도 상승 레이트 (또는 가열 레이트) 로 예상 유동 온도보다 50℃ 높은 온도로 상승시킨 후, 동일한 온도에서 3분 동안 완전 용융시키고, -80℃/분의 온도 강하 레이트 (또는 냉각 레이트) 로 50℃ 까지 더 냉각시킨다. 이후, 20℃/분의 온도 상승 레이트에서 흡열 피크를 측정할 수 있다.
본 발명의 브레이딩된 시스에 포함된 상업적으로 입수가능한 LCP들은 KURARAY CO., LTD. 에 의해 제조된 VECTRAN® HT BLACK, KURARAY CO., LTD. 에 의해 제조된 VECTRAN® HT, Toray Industries, Inc. 에 의해 제조된 SIVERAS®, ZEUS 에 의해 제조된 모노필라멘트 및 KB SEIREN, LTD. 에 의해 제조된 ZXION® 을 포함할 수 있다.
액정 폴리에스테르는 본 발명의 코어-시스 (core-sheath) 구조체에서 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, "아라미드 섬유" 는 방향족 (벤젠) 고리로 구성된 분자 골격을 포함하는 내열성 및 고강도 폴리아미드 섬유를 의미한다. 아라미드 섬유는 그 화학적 구조에 따라 파라-아라미드 섬유와 메타-아라미드 섬유로 분류될 수 있으며, 본 발명의 일부 브레이딩된 시스에는 파라-아라미드 섬유가 포함되는 것이 바람직하다.
상업적으로 입수가능한 아라미드 및 코폴리머 아라미드 섬유의 예는 파라-아라미드 섬유, 예를 들어 E.I. du Pont de Nemours and Company 로부터 제조된 KEVLAR®, Kolon Industries Inc. 로부터 제조된 HERACRON® 및 Teijin Limited 로부터 제조된 TWARON® 및 TECHNORA®; 및 메타-아라미드 섬유, 예를 들어 E.I. du Pont de Nemours and Company 로부터 제조된 NOMEX® 및 Teijin Limited 로부터 제조된 CONEX® 을 포함한다.
본 발명의 섬유 포함 구조체에 포함되는 경우, 아라미드 섬유는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 포함 구조체에 포함된 필라멘트는 코폴리머 아라미드 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 섬유 포함 구조체는 코폴리파라페닐렌 / 3,4'-옥시디페닐렌 테레프탈아미드 필라멘트를 포함한다.
이 재료는 통상적으로 TECHNORA® 로 지칭되며 Teijin 으로부터 입수가능하다.
폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 (폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸))(PBO) 섬유는 TOYOBO CO., LTD. 에 의해 제조된 ZYLON®AS 및 ZYLON®HM으로서 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 또한 VICTREX™ PEEK 폴리머와 같은 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK) 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유 포함 구조체의 성분으로서 고-dpf PEEK 폴리머의 사용은 개선된 인장 특성을 갖는 섬유 포함 구조체를 부여할 수 있다.
본 발명의 일부 섬유 포함 구조체에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 약 5.0, 또는 약 7.0, 또는 약 10 으로부터 약 30, 또는 내지 약 28, 또는 약 24 dL/g 까지의 범위의 고유 점도를 가질 수 있다. 상기 "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 의 고유 점도가 5.0 내지 30 dL/g인 경우, 양호한 치수 안정성을 갖는 섬유를 얻을 수 있다.
"초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 의 중량 평균 분자량은 약 700,000, 또는 약 800,000, 또는 약 900,000 로부터, 약 8,000,000, 또는 내지 약 7,000,000, 또는 내지 약 6,000,000 까지일 수 있다. 상기 "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 의 중량 평균 분자량이 약 700,000 내지 약 8,000,000 일 때, 높은 인장 강도 및 탄성 계수를 얻을 수 있다.
GPC 방법을 이용한 "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 의 중량 평균 분자량을 결정하는 것이 어려우므로, "Polymer Handbook Fourth Edition, Chapter 4 (John Wiley, published 1999)" 에 기재된 아래 식에 따라 상기 언급된 고유 점도의 값에 기초하여 중량 평균 분자량을 측정할 수 있다.
중량 평균 분자량 = 5.365 × 104 × (고유점도)1.37
일부 실시 형태에서, "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 의 반복 단위가 실질적으로 에틸렌을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 에틸렌의 호머폴리머 이외에, 소량의 또 다른 모노머, 예를 들어 α-올레핀, 아크릴산 및 이의 유도체, 메타크릴산 및 이의 유도체, 및 비닐실란 및 이의 유도체와 에틸렌의 코폴리머를 사용할 수도 있다. 상기 폴리에틸렌 섬유는 부분적인 가교결합된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌 섬유는 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌의 블렌드, 저밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌의 블렌드 또는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌의 블렌드일 수 있다. 상기 폴리에틸렌 섬유는 상이한 중량 평균 분자량을 갖는 2종 이상의 초고분자량 폴리에틸렌의 조합이거나, 상이한 분자량 분포를 갖는 2종 이상의 폴리에틸렌일 수 있다.
상업적으로 입수가능한 "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 는 TOYOBO CO., LTD. 에 의해 제조된 DYNEEMA® SK60, DYNEEMA® SK, IZANAS® SK60 및 IZANAS® SK71; 및 Honeywell, Ltd. 에 의해 제조된 SPECTRA FIBER 900® 및 SPECTRA FIBER 1000 을 포함한다.
이들 "초고분자량 폴리에틸렌 섬유" 는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체의 성능 및 특성은 코어 및/또는 브레이딩된 시스에 마무리 조성물을 적용함으로써 수정 및 관리될 수 있다. 예를 들어, 섬유 포함 구조체는 가교결합된 실리콘 폴리머, 또는 비가교결합된 실리콘 폴리머 또는 장쇄 지방산의 코팅을 갖는 필라멘트, 섬유 또는 스트랜드를 포함할 수 있다. 적합한 장쇄 지방산은 스테아르산을 포함할 수 있다.
가교결합 실리콘 폴리머의 적용은 본 발명의 섬유 포함 구조체의 인장 강도에 유리한 성능 향상을 제공할 수 있다.
일반적으로, 실리콘 수지를 제조하기 위해 이용가능한 3개의 가교결합 반응 방법이 존재한다: 1) 폴리머화의 열 활성화가 퍼옥시드 자유 라디칼의 형성 하에서 발생하는 퍼옥시드 경화; 2) 열 또는 수분의 영향 하에서 주석 염 또는 티타늄 알콕시드 촉매의 존재 하에서 축합; 및 3) 온도- 또는 광-개시될 수 있는 백금 또는 로듐 착물에 의해 촉매되는 첨가 반응 화학.
가교결합된 실리콘 코팅은 코팅된 스트랜드의 내습성을 향상시킬 수 있고, 또한 코어-시스 구조체가 종방향 응력 하에 있을 때, 마찰 상호 작용이 극복될 필요가 있을 수 있는 비코팅된 구조체에 비해 브레이드가 더 효율적으로 응답하도록 스트랜드의 윤활성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 당업자에게 공지된 표면 도포 기술 (surface application techniques) 을 통해 도포될 수 있다. 이들 표면 도포 기술은 섬유가 피니시와 접촉하고 모세관 작용을 통해 섬유 번들 내로 위킹되는 피니스 가이드 (finish guide) 를 통한 간단한 펌핑 마무리 용액을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 기술은 스프레잉, 롤링, 또는 팁 코팅과 같은 침지 도포 기술을 포함할 수 있다. 도포된 마무리 용액으로 섬유를 후속적으로 처리하는 것은 피니시를 설정하고 및/또는 피니시 포뮬레이션 (finish formulation) 에서 가교결합 정도에 영향을 주기 위한 목적으로 롤러 또는 롤러들과의 접촉을 포함할 수 있다. 롤러 (들) 는 가열되거나 가열되지 않을 수 있다. 그후 코팅 조성물을 경화시켜 가교결합가능한 실리콘 포리머의 가교결합을 야기할 수 있다. 열 경화가 사용되는 경우, 온도는 약 20℃, 또는 약 50℃, 또는 약 120℃ 로부터 약 200℃, 또는 내지 약 170℃, 또는 내지 약 150℃ 까지일 수 있다. 경화 온도는 필라멘트, 섬유 또는 스트랜드의 열적 안정성 특성 및 채용되는 실제 가교결합 시스템에 의해 결정될 수 있다.
획득된 가교결합 정도는 필라멘트, 섬유 또는 스트랜드에 상이한 정도의 가요성 또는 다른 표면 특성을 제공하도록 제어될 수 있다. 가교결합 정도는 US 8,881,496 B2 에 기재된 방법에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 코팅은 모노머를 용해하지만 가교결합된 폴리머는 용해하지 않는 용매로 추출된다. 상기 가교결합 정도는 추출 전후의 중량 차이로 결정될 수 있다.
가교결합 정도는 코팅의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20%, 또는 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 50% 일 수 있다. 최대 가교결합 정도는 100% 일 수 있다. 가교결합된 코팅의 중량은 필라멘트, 섬유 또는 스트랜드의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 로부터 약 20 중량%, 또는 약 10 중량%, 또는 약 5 중량% 까지일 수 있다.
일부 실시예에서, 섬유 포함 구조체의 최대 단면 직경은 약 15 ㎛ 내지 약 20 mm 의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 최대 직경은 약 20 ㎛ 내지 약 5 ㎜, 또는 약 30 ㎛ 내지 약 4 ㎜, 또는 약 40 ㎛ 내지 약 3.5 ㎜, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 3 ㎜, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 2 ㎜ 의 범위일 수 있다. 상기 섬유 포함 구조체의 평균 단면 직경은 20 ㎛ 내지 10 mm 일 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 파단 인성 (break tenacity) 을 포함하는 다양한 특성을 만족시키도록 설계될 수 있다. 일부 실시 형태에서 파단 강도는 적어도 15 cN/dtex 이다. 다른 실시예에서, 코드의 파단 강도는 약 4 cN/dtex 내지 약 40 cN/dtex, 또는 약 13 cN/dtex 내지 약 31 cN/dtex, 또는 약 15 cN/dtex 내지 약 26 cN/dtex 의 범위일 수 있다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 의료용 코드를 비롯한 다양한 적용예에 유용한 인장 부재를 포함한다. 예를 들어, 본 개시의 섬유 포함 구조체는 몇 가지만 예를 들자면, 봉합사, 카테터 내비게이션 케이블 및 조립체, 조향 케이블 및 조립체, 디바이스 전개 (device deployment) 제어 케이블 및 조립체, 및 토크 및 인장 전달 케이블 및 조립체를 포함한다.
본 발명의 섬유 포함 구조체는 약 30 데니어 내지 약 10,000 데니어 범위의 선형 질량 밀도를 갖는 코드를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 선형 질량 밀도는 약 40 데니어 내지 약 4500 데니어, 또는 약 50 데니어 내지 약 4000 데니어, 또는 약 100 데니어 내지 약 3000 데니어, 또는 약 70 데니어 내지 약 2000 데니어, 또는 약 80 데니어 내지 약 1500 데니어, 또는 약 90 데니어 내지 약 1000 데니어의 범위일 수 있다.
이동하는 섬유 포함 구조체들에서 결함들을 검출하기 위한 장치들
본 발명은 또한 이동하는 섬유 포함 구조체에서 결함을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는, (A) 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터 (finish applicator), 섬유 포함 구조체를 신장시키도록 구성된 고데 롤 조립체 (godet roll assembly), 보빈 상에서 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 롤러 또는 이들의 조합; (B) 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기; (C) 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로부터 획득된 적어도 하나의 직경 신호, 선택적으로 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합들을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경을 측정하면서 상기 섬유 포함 구조체가 상기 결함 검출기를 선형으로 통과한다.
본 발명의 장치들은 상기 방법들에서 설명된 바와 같이 동작하고, 상기 설명된 주제에 따라 수정될 수 있다.
실시예:
본 발명의 실시예 [1] 은 다음의 방법에 관한 것이고, 상기 방법은: 적어도 하나의 결함 검출기를 통해 섬유 포함 구조체를 선형으로 통과시키는 단계; 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 직경의 적어도 하나의 직경 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하는 단계; 선택적으로, 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱하는 단계; 및 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 생성하기 위해 상기 직경 신호, 상기 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출기는 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하고; 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 상기 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 상기 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터, 상기 섬유 포함 구조체를 연신하도록 구성된 고데 롤 (godet roll) 조립체, 보빈 상에서 상기 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [2] 은 실시예 [1] 의 방법에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 분 당 적어도 300 미터의 선형 레이트로 적어도 하나의 결함 검출기를 통해 선형으로 통과된다.
본 발명의 실시예 [3] 은 실시예 [1] 및 [2] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 섬유 포함 구조체 또는 와이어-레이드 섬유 포함 구조체이고, 상기 섬유 포함 구조체는 분 당 적어도 1 미터의 선형 레이트로 상기 적어도 하나의 검출기를 통해 선형으로 통과된다.
본 발명의 실시예 [4] 은 실시예 [1] - [3] 의 방법에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 미터 당 1 턴 미만의 트위스트 레벨을 갖는 비-브레이딩된 섬유 포함 구조체이거나, 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 섬유 포함 구조체이거나, 섬유 포함 구조체는 와이어 레이드 섬유 포함 구조체이다.
본 발명의 실시예 [5] 은 실시예 [1] - [4] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 스트랜드들의 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체이다.
본 발명의 실시예 [6] 은 실시예 [1] - [5] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 코드이고, 이완 상태에서 상기 브레이딩된 시스의 브레이딩 각도는 약 5°내지 약 85°의 범위이다.
본 발명의 실시예 [7] 은 실시예 [1] - [6] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 코드이고, 이완된 상태에서 브레이딩된 시스의 피크 카운트 (pick count) 는 미터 당 6 내지 3,000 필라멘트 단위 크로스오버이다.
본 발명의 실시예 [8] 은 실시예 [1] - [7] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 코드이고, 브레이딩된 시스의 스트랜드 (단부) 카운트는 3 내지 24개의 단부들이다.
본 발명의 실시예 [9] 은 실시예 [1] - [8] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 비-브레이딩된 시스를 포함하는 와이어레이 (wirelay) 구조체를 갖는 코드이다.
본 발명의 실시예 [10] 은 실시예 [1] - [9] 의 방법에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 유기 섬유를 포함한다.
본 발명의 실시예 [11] 은 실시예 [1] - [10] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 합성 섬유를 포함한다.
본 발명의 실시예 [12] 은 실시예 [1] - [11] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 액정 폴리에스테르 필라멘트, 아라미드 필라멘트, 코폴리머 아라미드 필라멘트, 폴리에테르 에테르 케톤 필라멘트, 폴리(p- 페닐렌 벤조비스옥사졸) 필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 고모듈러스 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리프로필렌 필라멘트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 폴리아미드 필라멘트, 폴리하이드로퀴논 디이미다조피리딘 필라멘트 및 고강도 폴리비닐 알코올 필라멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예 [13] 은 실시예 [1] - [12] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 합성 섬유 및 윤활제, 스테이플 섬유 및 표면 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예 [14] 은 실시예 [1] - [13] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 약 30 내지 약 10,000 데니어의 선형 질량 밀도를 갖는 코드이다.
본 발명의 실시예 [15] 은 실시예 [1] - [14] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체의 최대 단면 직경은 약 20 ㎛ 내지 약 10 mm 의 범위이다.
본 발명의 실시예 [16] 은 실시예 [1] - [15] 의 방법에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체의 평균 단면 직경은 약 20 ㎛ 내지 약 10 mm의 범위이다
본 발명의 실시예 [17] 은 실시예 [1] - [16] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 압출 프로세스에 의해 상기 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [18] 은 실시예 [1] - [7] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 브레이딩 프로세스에 의해 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [19] 은 실시예 [1] - [18] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 브레이딩 프로세스에 의해 상기 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 결함 검출기 어레이는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치되어, 섬유 포함 구조체는 상기 결함 검출기 어레이를 선형적으로 통과하고; 상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 2개를 포함하고; 상기 결함 검출기 중 적어도 2개는 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되어, 상기 섬유 포함 구조체의 상이한 실루엣 이미지가 상기 결함 검출기 중 적어도 2개에 의해 검출되고; 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [20] 은 실시예 [19] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 3개를 포함한다.
본 발명의 실시예 [21] 은 실시예 [19] 및 [20] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 어레이에서 상기 적어도 2개의 결함 검출기 사이의 분리 거리는 1mm 내지 100mm 의 범위이다.
본 발명의 실시예 [22] 은 실시예 [19] - [21] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고; 상기 2개의 프로젝터는 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고; 상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고; 상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고; 상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고; 상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175°범위인, 장치.
본 발명의 실시예 [23] 은 실시예 [1] - [22] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 인장 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [24] 은 실시예 [1] - [23] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 마무리 어플리케이터와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [25] 은 실시예 [1] - [24] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 고데 롤 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [26] 은 실시예 [1] - [25] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 와인딩 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [27] 은 실시예 [1] - [26] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 적어도 하나의 롤러와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [28] 은 실시예 [1] - [27] 의 방법에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체의 측정은 결함 검출기 어레이로서 일렬로 함께 인접하게 위치된 결함 검출기 중 적어도 2개를 포함하고; 결함 검출기 어레이에서 인접하게 위치된 결함 검출기들 사이의 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [29] 은 실시예 [1] - [28] 의 방법에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체의 측정은 결함 검출기 어레이로서 일렬로 함께 인접하게 위치된 결함 검출기 중 적어도 3개를 포함하고; 결함 검출기 어레이에서 인접하게 위치된 결함 검출기들 사이의 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [30] 은 실시예 [1] - [29] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 2개의 단면 직경을 측정하도록 구성되어 상기 적어도 2개의 단면 직경 사이의 오프셋 각도는 5°내지 175°의 범위인, 다축 결함 검출기이다.
본 발명의 실시예 [31] 은 실시예 [1] - [30] 의 방법에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고; 상기 2개의 프로젝터는 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고; 상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고; 상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고; 상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고; 상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175° 범위인, 장치.
본 발명의 실시예 [32] 은 실시예 [1] - [31] 의 방법에 관한 것이고: 상기 프로젝터는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 포함한다.
본 발명의 실시예 [33] 은 실시예 [1] - [32] 의 방법에 관한 것이고: 상기 광 수신기는 능동 픽셀 센서 (active-pixel sensor) 이다.
본 발명의 실시예 [34] 은 실시예 [1] - [33] 의 방법에 관한 것이고: 상기 광 수신기는 포토다이오드 이미지 센서, CCD (Charge-Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 포함하는 능동 픽셀 센서이다.
본 발명의 실시예 [35] 은 실시예 [1] - [34] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 적어도 하나의 이미징 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함하고, 상기 이미징 검출기는 이미징 광으로 상기 섬유 포함 구조체를 조명하고, 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 상기 표면을 이미징한다.
본 발명의 실시예 [36] 은 실시예 [1] - [35] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 적어도 하나의 이미징 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함하고, 상기 이미징 검출기는 이미징 광으로 상기 섬유 포함 구조체를 조명하고, 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 상기 표면을 이미징하고; 상기 이미징 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [37] 은 실시예 [1] - [36] 의 방법에 관한 것이고: 상기 방법은 표면의 반사된 이미지를 수신하는 이미징 검출기로 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함하지 않는다.
본 발명의 실시예 [38] 은 실시예 [1] - [37] 의 방법에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 단면 직경의 측정은 초 당 적어도 5,000 샘플의 샘플링 레이트에서 발생한다.
본 발명의 실시예 [39] 은 실시예 [1] - [38] 의 방법에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 단면 직경의 측정은 샘플링 레이트에서 발생하고; 결함 검출기 중 적어도 하나의 샘플링 레이트는 측정이 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한 간격으로 발생하도록 조정되며; 일정한 간격은 10 nm 내지 1 cm 범위이다.
본 발명의 실시예 [40] 은 실시예 [1] - [39] 의 방법에 관한 것이고: 표면 결함 신호에 기초하여 섬유 포함 구조체의 표면 결함 등급을 생성하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 실시예 [41] 은 실시예 [1] - [40] 의 방법에 관한 것이고: 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 크기 표면 결함 카운트의 크기 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 크기 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 최대 단면 직경의 기준 신호에 대해 직경 신호를 비교함으로써 생성되고; 0 의 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 최대 단면 직경 이하일 때 발생하고; 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 최대 단면 직경보다 클 때 발생하여, 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상대적인 최대 단면 직경 초과의 직경 신호의 크기의 백분율에 대응하는 양의 정수이다.
본 발명의 실시예 [42] 은 실시예 [41] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 크기 표면 결함 카운트 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 섬유 포함 구조체의 표면 결함 등급을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [43] 은 실시예 [41] 및 [42] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 크기 표면 결함 카운트 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 섬유 포함 구조체에 포함된 결함들을 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [44] 은 실시예 [1] - [43] 의 방법에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 슬로프 표면 결함 카운트의 슬로프 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 슬로프 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 1차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 1차 도함수를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고; 0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수 이하일 때 발생하고, 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 최대 1차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수이다.
본 발명의 실시예 [45] 은 실시예 [44] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 슬로프 표면 결함 카운트 신호에 기초하여 섬유 포함 구조체의 표면 결함 등급을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [46] 은 실시예 [44] 및 [45] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 슬로프 표면 결함 카운트 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 섬유 포함 구조체에 포함된 결함들을 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [47] 은 실시예 [1] - [46] 의 방법에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 곡률 표면 결함 카운트의 곡률 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 곡률 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 2차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 2차 도함수를 획득하기 위해 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고; 0 의 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 이하일 때 발생하고, 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 2차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수인, 방법.
본 발명의 실시예 [48] 은 실시예 [1] - [47] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 곡률 표면 결함 카운트 신호에 기초하여 섬유 포함 구조체의 표면 결함 등급을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [49] 은 실시예 [1] - [48] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 곡률 표면 결함 카운트 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 섬유 포함 구조체에 포함된 결함들을 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [50] 은 실시예 [1] - [49] 의 방법에 관한 것이고: 기준 신호는 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한, 일정한 기준 신호이다.
본 발명의 실시예 [51] 은 실시예 [1] - [50] 의 방법에 관한 것이고: 기준 신호는 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 하나 이상의 지점에서 변화하는 가변 기준 신호이다.
본 발명의 실시예 [52] 은 실시예 [1] - [51] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 적어도 하나의 속도계를 사용하여 상기 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [53] 은 실시예 [1] - [52] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 상기 표면 결함 신호에 기초하여, 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합의 작동을 수정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [54] 은 실시예 [1] - [53] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 상기 표면 결함 신호에 기초하여, 상기 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [55] 은 실시예 [1] - [54] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 상기 표면 결함 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나의 단면 직경의 측정의 샘플링 레이트를 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [56] 은 실시예 [1] - [55] 의 방법에 관한 것이고: 추가로 적어도 하나의 표면 결함 신호에 기초하여, 섬유 포함 구조체에 포함된 결함들을 분류하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예 [57] 은 실시예 [1] - [57] 의 방법에 의해 획득되는 섬유 포함 구조체에 관한 것이고,
본 발명의 실시예 [58] 은 실시예 [1] - [56] 의 방법에 의해 획득되는 섬유 포함 구조체에 관한 것이고, 상기 섬유 포함 구조체는 스레드라인 (threadline) 또는 브레이드라인 (braidline) 이다.
본 발명의 실시예 [59] 은 실시예 [1] - [56] 의 방법에 의해 획득되는 섬유 포함 구조체에 관한 것이고, 여기서, 섬유 포함 구조체는 미터 당 10 턴 (turn) 미만의 트위스트 레벨을 갖는 스레드라인이다.
본 발명의 실시예 [60] 은 실시예 [1] - [56] 의 방법에 의해 획득되는 결함 검출된 섬유 포함 구조체에 관한 것이고, 결함-검출된 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 또는 레이드 시스를 갖는 코어-시스 구조체이다.
본 발명의 실시예 [61] 은 다음의 장치에 관한 것이고, 상기 장치는:
(A) 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터 (finish applicator, 섬유 포함 구조체를 신장시키도록 구성된 고데 롤 조립체 (godet roll assembly, 보빈 상에서 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합; (B) 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기; (C) 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로부터 획득된 적어도 하나의 직경 신호, 선택적으로 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합들을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경을 측정하면서 상기 섬유 포함 구조체가 상기 결함 검출기를 선형으로 통과한다.
본 발명의 실시예 [62] 은 실시예 [61] 의 장치에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 분 당 적어도 300 미터의 선형 레이트로 적어도 하나의 결함 검출기를 통해 선형으로 통과된다.
본 발명의 실시예 [63] 은 실시예 [61] 및 [62] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 섬유 포함 구조체 또는 와이어-레이드 섬유 포함 구조체이고, 상기 섬유 포함 구조체는 분 당 적어도 1 미터의 선형 레이트로 상기 적어도 하나의 검출기를 통해 선형으로 통과된다.
본 발명의 실시예 [64] 은 실시예 [61]-[63] 의 장치에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 미터 당 1 턴 미만의 트위스트 레벨을 갖는 비-브레이딩된 섬유 포함 구조체이거나, 섬유 포함 구조체는 브레이딩된 섬유 포함 구조체이거나, 섬유 포함 구조체는 와이어 레이드 섬유 포함 구조체이다.
본 발명의 실시예 [65] 은 실시예 [61]-[64] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 스트랜드들의 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체이다.
본 발명의 실시예 [66] 은 실시예 [61]-[65] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체을 갖는 코드이고, 이완 상태에서 상기 브레이딩된 시스의 브레이딩 각도는 약 5°내지 약 85°의 범위이다.
본 발명의 실시예 [67] 은 실시예 [61]-[66] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 코드이고, 이완된 상태에서 브레이딩된 시스의 피크 카운트 (pick count) 는 미터 당 6 내지 3,000 필라멘트 단위 크로스오버이다.
본 발명의 실시예 [68] 은 실시예 [61]-[67] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 브레이딩된 시스를 포함하는 코어-시스 구조체를 갖는 코드이고, 브레이딩된 시스의 스트랜드 (단부) 카운트는 3 내지 24개의 단부들이다.
본 발명의 실시예 [69] 은 실시예 [61]-[68] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 코어를 둘러싸는 비-브레이딩된 시스를 포함하는 와이어레이 (wirelay) 구조체를 갖는 코드이다.
본 발명의 실시예 [70] 은 실시예 [61]-[69] 의 장치에 관한 것이고: 섬유 포함 구조체는 유기 섬유를 포함한다.
본 발명의 실시예 [71] 은 실시예 [61]-[70] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 12 cN/dtex 초과의 인장 강도를 갖는 합성 섬유를 포함한다.
본 발명의 실시예 [72] 은 실시예 [61]-[71] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 액정 폴리에스테르 필라멘트, 아라미드 필라멘트, 코폴리머 아라미드 필라멘트, 폴리에테르 에테르 케톤 필라멘트, 폴리(p- 페닐렌 벤조비스옥사졸) 필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 고모듈러스 폴리에틸렌 필라멘트, 폴리프로필렌 필라멘트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트, 폴리아미드 필라멘트, 폴리하이드로퀴논 디이미다조피리딘 필라멘트 및 고강도 폴리비닐 알코올 필라멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예 [73] 은 실시예 [61]-[72] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 합성 섬유 및 윤활제, 스테이플 섬유 및 표면 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예 [74] 은 실시예 [61]-[73] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체는 약 30 내지 약 10,000 데니어의 선형 질량 밀도를 갖는 코드이다.
본 발명의 실시예 [75] 은 실시예 [61]-[74] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체의 최대 단면 직경은 약 20 ㎛ 내지 약 10 mm 의 범위이다.
본 발명의 실시예 [76] 은 실시예 [61]-[75] 의 장치에 관한 것이고: 상기 섬유 포함 구조체의 평균 단면 직경은 약 20 ㎛ 내지 약 10 mm의 범위이다
본 발명의 실시예 [77] 은 실시예 [61]-[76] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 압출 장치와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [78] 은 실시예 [61]-[77] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 브레이딩 기계와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [79] 은 실시예 [61]-[78] 의 장치에 관한 것이고: 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치되는 결함 검출기 어레이를 포함하여, 상기 섬유 포함 구조체는 상기 결함 검출기 어레이를 선형적으로 통과하고; 상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 2개를 포함하고; 상기 결함 검출기 중 적어도 2개는 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되어, 상기 섬유 포함 구조체의 상이한 실루엣 이미지가 상기 결함 검출기 중 적어도 2개에 의해 검출되고; 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [80] 은 실시예 [79] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 3개를 포함한다.
본 발명의 실시예 [81] 은 실시예 [79] 및 [80] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 어레이에서 상기 적어도 2개의 결함 검출기 사이의 분리 거리는 1mm 내지 100mm 의 범위이다.
본 발명의 실시예 [82] 은 실시예 [79]-[81] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고; 상기 2개의 프로젝터는 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고; 상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고; 상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고; 상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고; 상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175° 범위이다.
본 발명의 실시예 [83] 은 실시예 [61]-[82] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 인장 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [84] 은 실시예 [61]-[83] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 마무리 어플리케이터와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [85] 은 실시예 [61]-[84] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 고데 롤 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [86] 은 실시예 [61]-[85] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 와인딩 조립체와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [87] 은 실시예 [61]-[86] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 적어도 하나의 롤러와 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [88] 은 실시예 [61]-[87] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 2개는 결함 검출기 어레이로서 일렬로 함께 인접하여 위치되고, 결함 검출기 어레이에서 인접하게 위치된 결함 검출기들 사이의 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [89] 은 실시예 [61]-[88] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기 중 적어도 3개는 결함 검출기 어레이로서 일렬로 함께 인접하여 위치되고, 결함 검출기 어레이에서 인접하게 위치된 결함 검출기들 사이의 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위이다.
본 발명의 실시예 [90] 은 실시예 [61]-[89] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 2개의 단면 직경을 측정하도록 구성되어 상기 적어도 2개의 단면 직경 사이의 오프셋 각도는 5°내지 175°의 범위인, 다축 결함 검출기이다.
본 발명의 실시예 [91] 은 실시예 [61]-[90] 의 장치에 관한 것이고: 상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고; 상기 2개의 프로젝터는 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고; 상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고; 상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고; 상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고; 상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175° 범위이다.
본 발명의 실시예 [92] 은 실시예 [61]-[91] 의 장치에 관한 것이고: 상기 프로젝터는 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 포함한다.
본 발명의 실시예 [93] 은 실시예 [61]-[92] 의 장치에 관한 것이고: 상기 광 수신기는 능동 픽셀 센서 (active-pixel sensor) 이다.
본 발명의 실시예 [94] 은 실시예 [61]-[93] 의 장치에 관한 것이고: 상기 광 수신기는 포토다이오드 이미지 센서, CCD (Charge-Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 포함하는 능동 픽셀 센서이다.
본 발명의 실시예 [95] 은 실시예 [61]-[94] 의 장치에 관한 것이고: 추가로 (D) 상기 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하도록 구성된 이미징 검출기를 포함하고, 상기 이미징 검출기는 이미징 광으로 상기 섬유 포함 구조체를 조명하고, 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 상기 표면을 이미징한다.
본 발명의 실시예 [96] 은 실시예 [61]-[95] 의 장치에 관한 것이고: 추가로 (D) 상기 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하도록 구성된 이미징 검출기를 포함하고, 상기 이미징 검출기는 이미징 광으로 상기 섬유 포함 구조체를 조명하고, 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 상기 표면을 이미징하고; 상기 이미징 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치된다.
본 발명의 실시예 [97] 은 실시예 [61]-[96] 의 장치에 관한 것이고: 상기 방법은 표면의 반사된 이미지를 수신하는 이미징 검출기로 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 포함하지 않는다.
본 발명의 실시예 [98] 은 실시예 [61]-[97] 의 장치에 관한 것이고: 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경이 초당 적어도 5,000 샘플의 샘플링 레이트로 발생하는 것을 측정한다.
본 발명의 실시예 [99] 은 실시예 [61]-[98] 의 장치에 관한 것이고: 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경이 샘플링 속도로 발생하는 것을 측정하고; 결함 검출기 중 적어도 하나의 샘플링 레이트는 측정이 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한 간격으로 발생하도록 조정되며; 일정한 간격은 10 nm 내지 1 cm 범위이다.
본 발명의 실시예 [100] 은 실시예 [61]-[99] 의 장치에 관한 것이고: 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 크기 표면 결함 카운트의 크기 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 크기 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 최대 단면 직경의 기준 신호에 대해 직경 신호를 비교함으로써 생성되고; 0 의 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 최대 단면 직경 이하일 때 발생하고; 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 최대 단면 직경보다 클 때 발생하여, 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상대적인 최대 단면 직경 초과의 직경 신호의 크기의 백분율에 대응하는 양의 정수이다.
본 발명의 실시예 [101] 은 실시예 [61]-[100] 의 장치에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 슬로프 표면 결함 카운트의 슬로프 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 슬로프 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 1차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 1차 도함수를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고; 0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수 이하일 때 발생하고, 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 최대 1차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수이다.
본 발명의 실시예 [102] 은 실시예 [61]-[101] 의 장치에 관한 것이고: 상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 곡률 표면 결함 카운트의 곡률 표면 결함 카운트 신호를 포함하고: 상기 곡률 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 2차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 2차 도함수를 획득하기 위해 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고; 0 의 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 이하일 때 발생하고, 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 2차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수인, 방법.
본 발명의 실시예 [103] 은 실시예 [61]-[102] 의 장치에 관한 것이고: 기준 신호는 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 일정한, 일정한 기준 신호이다.
본 발명의 실시예 [104] 은 실시예 [61]-[103] 의 장치에 관한 것이고: 기준 신호는 섬유 포함 구조체의 길이를 따라 하나 이상의 지점에서 변화하는 가변 기준 신호이다.
본 발명의 실시예 [105] 은 실시예 [61]-[104] 의 장치에 관한 것이고: 추가로 상기 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 측정하도록 구성된 속도계를 포함한다.
상기 기재는 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 제시되며, 특정 출원 및 이의 요건의 맥락에서 제공된다. 본원에 개시된 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 용이하게 명백할 것이며, 본 명세서에 규정된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들 및 적용예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되지 않지만, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 따른다. 이와 관련하여, 본 개시 내용 내의 특정 실시예들은 광범위하게 고려되는 본 발명의 모든 이점을 나타내지 않을 수 있다.

Claims (21)

  1. 방법으로서,
    적어도 하나의 결함 검출기를 통해 섬유 포함 구조체를 선형으로 통과시키는 단계;
    상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 직경의 적어도 하나의 직경 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 하나의 단면 직경을 측정하는 단계;
    선택적으로, 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱하는 단계; 및
    상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 생성하기 위해 상기 직경 신호, 상기 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하는 단계를 포함하고,
    상기 결함 검출기는, 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하고;
    상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 상기 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 상기 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터, 상기 섬유 포함 구조체를 연신하도록 구성된 고데 롤 (godet roll) 조립체, 보빈 상에서 상기 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 압출 프로세스에 의해 상기 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치와 일렬로 위치되는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 브레이딩 프로세스에 의해 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치되는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방법은 브레이딩 프로세스에 의해 상기 섬유 포함 구조체를 형성하는 단계를 추가로포함하고,
    상기 결함 검출기 어레이는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치되어, 상기 섬유 포함 구조체는 상기 결함 검출기 어레이를 선형적으로 통과하고; 상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 2개를 포함하고,
    상기 결함 검출기 중 적어도 2개는 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되어, 상기 섬유 포함 구조체의 상이한 실루엣 이미지가 상기 결함 검출기 중 적어도 2개에 의해 검출되고;
    상기 검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위인, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 3개를 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고;
    상기 2개의 프로젝터들은 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고;
    상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고;
    상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고;
    상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고;
    상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175° 범위인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체의 적어도 2개의 단면 직경을 측정하도록 구성되어 상기 적어도 2개의 단면 직경 사이의 오프셋 각도는 5°내지 175°의 범위인, 다축 결함 검출기인, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 하나의 이미징 검출기로 상기 섬유 포함 구조체의 표면을 이미징하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 이미징 검출기는 이미징 광으로 상기 섬유 포함 구조체를 조명하고, 이미징 수신기로 표면의 반사된 이미지를 수신함으로써 상기 표면을 이미징하고;
    상기 이미징 검출기 중 적어도 하나는 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합과 일렬로 위치되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 크기 표면 결함 카운트의 크기 표면 결함 카운트 신호를 포함하고:
    상기 크기 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 최대 단면 직경의 기준 신호에 대해 직경 신호를 비교함으로써 생성되고;
    0 의 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 최대 단면 직경 이하일 때 발생하고;
    0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 크기가 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 최대 단면 직경보다 클 때 발생하여, 0 보다 큰 크기 표면 결함 카운트는 상대적인 최대 단면 직경 초과의 직경 신호의 크기의 백분율에 대응하는 양의 정수인, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 슬로프 표면 결함 카운트의 슬로프 표면 결함 카운트 신호를 포함하고:
    상기 슬로프 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 1차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 1차 도함수를 획득하기 위해 상기 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고;
    0 의 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수 이하일 때 발생하고,
    0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 1차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 슬로프 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 최대 1차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 상기 1차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수인, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면 결함 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 곡률 표면 결함 카운트의 곡률 표면 결함 카운트 신호를 포함하고:
    상기 곡률 표면 결함 카운트 신호는 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대한 직경 신호의 최대 2차 도함수 (maximum first derivative) 의 기준 신호에 대해 신호 프로세싱된 직경 신호를 비교함으로써 생성되며, 여기서 상기 신호 프로세싱된 직경 신호는 상기 직경 신호의 2차 도함수를 획득하기 위해 직경 신호를 신호 프로세싱함으로써 획득되고;
    0 의 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 이하일 때 발생하고,
    0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 2차 도함수의 절대값이 상기 섬유 포함 구조체의 길이를 따른 특정 지점에서 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수보다 클 때 발생하여, 상기 0 보다 큰 곡률 표면 결함 카운트는 상기 직경 신호의 상기 최대 2차 도함수 초과의 상기 직경 신호의 2차 도함수의 절대값의 백분율에 대응하는 양의 정수인, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 속도계를 사용하여 상기 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 결함 신호에 기초하여, 상기 압출 장치, 상기 브레이딩 기계, 상기 인장 조립체, 상기 마무리 어플리케이터, 상기 고데 롤 조립체, 상기 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합의 작동을 수정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 장치로서,
    (A) 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 압출 장치, 상기 섬유 포함 구조체를 형성하도록 구성된 브레이딩 기계, 상기 섬유 포함 구조체에 인장을 인가하도록 구성된 인장 조립체, 상기 섬유 포함 구조체에 코팅을 도포하도록 구성된 마무리 어플리케이터, 상기 섬유 포함 구조체를 연신하도록 구성된 고데 롤 조립체, 보빈 상에서 상기 섬유 포함 구조체를 와인딩하도록 구성된 와인딩 조립체, 또는 이들의 조합,
    (B) 프로젝터로 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하고, 광 수신기로 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하고, 상기 프로젝터에 의해 투과된 광의 총 양에 대한 상기 광 수신기에 의해 검출된 광의 양의 감소에 기초하여 단면 직경을 계산함으로써 상기 섬유 포함 구조체의 상기 단면 직경을 측정하도록 구성된 결함 검출기;
    (C) 상기 섬유 포함 구조체의 길이에 대해 표면 결함 출력의 적어도 하나의 표면 결함 신호를 획득하기 위해 상기 결함 검출기로부터 획득된 적어도 하나의 직경 신호, 선택적으로 적어도 하나의 신호 프로세싱된 직경 신호, 또는 이들의 조합들을 적어도 하나의 기준 신호에 대해 비교하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 결함 검출기는 적어도 하나의 단면 직경을 측정하면서 상기 섬유 포함 구조체가 상기 결함 검출기를 선형으로 통과하는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 압출 장치와 일렬로 위치되는, 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 브레이딩 기계와 일렬로 위치되는, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 브레이딩 기계와 일렬로 위치되는 상기 결함 검출기 어레이를 포함하여, 상기 섬유 포함 구조체는 상기 결함 검출기 어레이를 선형적으로 통과하고;
    상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 2개를 포함하고;
    상기 결함 검출기 중 적어도 2개는 검출기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되어, 상기 섬유 포함 구조체의 상이한 실루엣 이미지들이 상기 결함 검출기 중 적어도 2개에 의해 검출되고;
    검출기 오프셋 각도는 1°내지 360°미만의 범위인, 장치.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출기 어레이는 일렬로 위치된 상기 결함 검출기 중 적어도 3개를 포함하는, 장치.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출기는 상기 섬유 포함 구조체 상으로 광을 투과하기 위한 2개의 프로젝터들 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지를 검출하기 위한 2개의 광 수신기들을 포함하고;
    상기 2개의 프로젝터들은 상기 섬유 포함 구조체의 표면 A 상으로 광 A 을 투과하기 위한 프로젝터 A, 및 상기 섬유 포함 구조체의 표면 B 상으로 광 B 을 투과하기 위한 프로젝터 B 를 포함하고;
    상기 2개의 광 수신기들은 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 A 를 검출하기 위한 광 수신기 A 및 상기 섬유 포함 구조체의 실루엣 이미지 B 를 검출하기 위한 광 수신기 B 를 포함하고;
    상기 프로젝터 A 는 상기 광 수신기 A 와 광학적으로 정렬되고, 상기 프로젝터 B 는 광 수신기 B 와 광학적으로 정렬되고;
    상기 프로젝터 A 와 상기 프로젝터 B 는 프로젝터 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고, 상기 광 수신기 A 와 상기 광 수신기 B 는 광 수신기 오프셋 각도만큼 서로에 대해 회전되고;
    상기 프로젝터 오프셋 각도 및 상기 광 수신기 오프셋 각도는 5°내지 175° 범위인, 장치.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출기 중 적어도 하나는 상기 인장 조립체, 또는 상기 마무리 어플리케이터, 또는 상기 고데 롤 조립체, 또는 상기 와인딩 조립체, 또는 적어도 하나의 롤러, 또는 이들의 임의의 조합과 일렬로 위치되는, 장치.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 포함 구조체의 선형 레이트를 측정하도록 구성된 속도계를 추가로 포함하는, 장치.
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