JP4144205B2 - 糸巻取装置及び張力検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力検出方法と、糸を巻取る糸巻取装置、特に、連続して供給されてくるナイロン又はポリエステル糸等の合成繊維フィラメント糸を巻き取る糸巻取装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続して供給されてくる合成繊維フィラメント糸を巻取るテイクアップワインダ（糸巻取装置）においては、スピニングヘッドから一定速度で連続供給される糸を一定の状態で巻取ることが重要である。そのための巻取制御技術として、糸速度制御と糸張力制御とが知られている。糸速度制御としては、例えば、ボビンに巻かれた糸層の周面と接触して回転する接触ローラの回転速度が一定になるように、ボビンを回転させるスピンドルモータの回転速度を制御し、ボビンに巻かれた糸層の周速を糸の供給速度と常に一致させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、糸速度制御によって巻取速度を供給速度に一致させることができるが、巻取速度を一定にした場合でも、糸の張力が変化することがある。糸の品質向上のために、糸の張力を一定にすることが重要視されている。
【０００４】
糸張力制御を行うためには、糸の張力を検出する張力センサを用いる。張力センサは、そのほとんどが糸と接触して張力を検出する。検出の方法としては、特公昭６０−４７９８５号公報に開示されているように、糸を２個のガイド間で屈曲させて測定する方法が一般的である。しかし、糸をガイド間で屈曲させると摩擦が生じてフィラメント切れの発生率が高くなる等の悪影響が生じ、糸の品質が低下する。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、特公昭５１−４４６６８号公報、特公昭５４−２８１０６号公報で示されているように、綾振りされる糸の両ターン付近で糸に触れるように、張力センサを綾振り支点の直下に設ける方法が知られている。綾振りの折返し付近で糸が張力センサに接触するため、フィラメント切れの発生率は低く、糸の品質に与える影響が少ない。
【０００６】
しかし、糸巻取装置はボビンの回転等により装置自身が振動しており、張力センサ自身も振動しながら糸に触れている。そのため、張力センサの検出信号には、糸の張力成分及び該高調波成分と機械の振動成分とが含まれており、検出信号から糸の張力成分のみを分離することが必要になる。糸の張力成分のみを分離する方法として、周波数が高い機械の振動成分をローパスフィルタ等でカットする方法があるが、糸巻取装置には種々の振動が含まれ、しかも振動は一定でないのでカットする周波数の選択は困難である。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、張力センサの出力信号に含まれる種々の成分の中から糸の張力成分を抽出することができる張力検出方法及び糸巻取装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る糸巻取装置は、ボビンに糸を巻取る巻取機構と、前記ボビンに巻取られる糸を、設定された綾振り周波数で綾振る綾振機構と、前記糸の綾振り支点となる綾振り支点ガイドと、前記綾振り支点ガイドと前記綾振機構との間に設けられ、前記糸から受ける力に応じた検出信号を出力する手段と、前記検出信号の周波数スペクトルを求める分析手段と、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出する抽出手段とを備え、抽出したスペクトル強度に基づいて前記糸の張力を求めるべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る糸巻取装置は、第１発明において、前記分析手段は、前記検出信号の周波数スペクトルを前記設定された最高の綾振り周波数をわずかに超える範囲まで求めるべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る糸巻取装置は、第１または第２発明において、前記抽出手段は、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度のうちのピークのスペクトル強度を抽出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る糸巻取装置は、第１〜第３発明の何れかにおいて、前記検出信号を出力する手段は、綾振られている糸が接触する接触部と、前記接触部が前記糸から受けた力を検出する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係る糸巻取装置は、第４発明において、前記接触部は、綾振りの折返し付近で前記糸と接触すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
第６発明に係る張力検出方法は、設定された綾振り周波数で綾振られながら走行する糸の張力検出方法において、前記糸から受ける力に応じた検出信号を出力する第１ステップと、前記検出信号の周波数スペクトルを求める第２ステップと、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出する第３ステップと、抽出したスペクトル強度に基づいて前記糸の張力を求める第４ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
第７発明に係る張力検出方法は、第６発明において、前記第２ステップは、前記検出信号の周波数スペクトルを前記設定された最高の綾振り周波数をわずかに超える範囲まで求めることを特徴とする。
【００１５】
第８発明に係る張力検出方法は、第６又は第７発明において、前記第３ステップは、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度のうちのピークのスペクトル強度を抽出することを特徴とする。
【００１６】
第９発明に係る張力検出方法は、第６〜第８発明の何れかにおいて、前記第１ステップは、受けた力に応じた検出信号を生成する検出器に、前記糸を接触させて、該糸から受けた力に応じた検出信号を出力させることを特徴とする。
【００１７】
第１０発明に係る張力検出方法は、第９発明において、前記検出器は、綾振りの折返し付近で前記糸と接触させることを特徴とする。
【００２４】
第１又は第６発明においては、検出信号の周波数スペクトルを求め、綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出するため、高調波成分及び機械振動等の種々の成分を取り除いて、糸の張力を求めることができる。検出信号には、例えばボビンの回転等による糸巻取装置自身の振動成分及び高調波成分が含まれているが、周波数分析により、糸の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出でき、高調波成分及び機械振動等の種々の成分を含まない正確な張力を求めることができる。周波数スペクトルは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて高速に求めることができる。
【００２５】
第２又は第７発明においては、綾振りの周波数範囲が定まっているため、分析する周波数範囲を限定することにより、周波数分解能を張力検出に必要な分解能程度に粗くでき、周波数分析に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
第３又は第８発明においては、検出信号は、綾振り周波数に対応する周波数スペクトルにスペクトル強度のピークが出るので、ピークのスペクトル強度から張力を演算するようにすれば、正確な張力が求められる。
【００２７】
第４又は第９発明においては、綾振りにより周期的に位置が変動する糸を接触部に接触させることにより、糸が接触部に周期的に加えた力に応じて、綾振り周波数に対応する周期で変化する検出信号が得られる。
【００２８】
第５又は第１０発明においては、綾振りの折返し付近で張力を計測するため、張力を検出する手段が糸に与える悪影響を最小限に抑えて、糸の品質を低下させずに張力検出を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１に本発明に係る張力検出装置を備えた糸巻取装置の一例を示す。図１に示すように、スピニングヘッド（図示されていない）から供給された複数（図では６本）のフィラメント糸（以下、糸と呼ぶ）は、一対のゴデットローラ２，３を経て、固定枠５に設けられた綾振りの支点ガイド６に夫々挿通され、後述する張力検出装置のセンサ部（接触部）Ｓ１〜Ｓ６を通してテイクアップワインダＴＷへ送られる。
【００３３】
テイクアップワインダＴＷは、巻取位置，待機位置に夫々位置する２本のスピンドル７，８を備えている。スピンドル７には複数（図では６個）のボビン（紙製の筒）１１（図２）が装着され、各ボビン１１にそれぞれ糸が巻き取られる。糸層が形成されたボビン１１を、パッケージＰ１〜Ｐ６と呼ぶ。パッケージＰ１〜Ｐ６の糸層が規定量に達した場合、巻取位置のスピンドル７と待機位置のスピンドル８とが位置交換され、スピンドル８の空のボビンに糸が巻かれる。また、パッケージＰ１〜Ｐ６の糸層周面付近には、前記糸層周面に適度な接圧を付与するための接触ローラ９が設けられている。スピンドル７とボビン１１を基本要素として巻取機構が構成されている。
【００３４】
スピンドル７の上方には、糸を綾振る（ボビン１１の所定幅内で糸を振る）ためのトラバース装置１０が設けられている。トラバース装置１０の更に上方には、糸の綾振り支点となる支点ガイド６及び張力検出装置のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６が設けられている。トラバース装置１０を基本要素として綾振機構が構成されている。
【００３５】
スピンドル７は、図２に示すように、スピンドルモータＭＳＰによって回転し、スピンドル７の回転速度はセンサＳＳＰで検出する。糸の綾振りはモータＭＴＲを動力源にして行い、綾振り周波数はセンサＳＴＲで検出する。接触ローラ９の回転速度はセンサＳＣＲで検出する。各センサＳＳＰ，ＳＴＲ，ＳＣＲの検出信号はＣＰＵ等の制御装置に送られる。また、各モータＭＳＰ，ＭＴＲの回転数はＣＰＵ等の制御装置によって制御される。
【００３６】
張力検出装置は、糸の張力を計測するセンサ部（検出器）Ｓ１〜Ｓ６と、センサ部Ｓ１〜Ｓ６から出力された検出信号から張力を求める演算部ＴＣとを備える。センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、図３に示すように、歪ゲージ１４が設けられ、一短辺が固定された弾性プレート１２と、綾振りの両ターン部分で糸と接触させるＵ字型の接触部１５と、接触部１５を弾性プレート１２に支持する支持ロッド１３とを備える。接触部１５が糸と接触して綾振り方向に動いた場合（矢印Ａ）、弾性プレート１２の一短辺が固定されているので、他短辺が動いて（矢印Ｂ）弾性プレート１２が歪む。この歪に応じた検出信号がセンサ部Ｓ１〜Ｓ６から出力され、演算部ＴＣに送られる。
【００３７】
演算部ＴＣは、図４に示すように、センサ部Ｓ１〜Ｓ６から出力された検出信号（アナログ信号）から、後述するアナログ／デジタル変換器のサンプリング周波数の１／２倍以上の周波数成分をカットするローパスフィルター（ＬＰＦ）２１と、ＬＰＦ２１を通過した検出信号のいずれかを選択するマルチプレクサ（ＭＰＸ）２０と、ＭＰＸ２０で選択された検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２２と、綾振り周波数を検出するセンサＳＴＲの出力とＡＤＣ２２の出力とが入力される演算処理装置（ＣＰＵ）２４とを備える。ＭＰＸ２０で選択する出力信号は、選択信号によってＣＰＵ２４が指示する。ＣＰＵ２４は、センサＳＣＲ，ＳＳＰからの検出信号が入力され、モータＭＳＰ，ＭＴＲの制御も行う。
【００３８】
ＣＰＵ２４は、検出信号の周波数スペクトルを求める分析手段２４ａとして動作する。また、ＣＰＵ２４は、分析手段２４ａで求めた周波数スペクトルから綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出する抽出手段２４ｂとして動作する。抽出手段２４ｂで抽出したスペクトル強度に基づいて、ＣＰＵ２４で糸の張力を求める。求めた周波数スペクトル及び抽出したスペクトル強度はメモリ２４ｆに記憶される。
【００３９】
図５に、検出信号の一例を示す。検出信号には、綾振り（トラバース）成分と高調波成分とが含まれる。図５に示した条件で計測された張力の検出信号の周波数分析結果の一例を図６に示す。
【００４０】
ＣＰＵ２４（抽出手段２４ｂ）は、綾振り周波数に最も近いピークのスペクトル強度を抽出する手段として動作する。抽出したスペクトル強度はメモリ２４ｆに記憶される。
【００４１】
綾振り周波数は、パッケージＰ１〜Ｐ６の糸層の形を整えるために、糸巻取り中に微調整される。例えば、綾角（ボビン１１の回転方向と糸の巻取方向とがなす角）の調整のために、綾振り周波数を変更する。例えば、綾振り周期が巻取回転周期の整数倍であるために、同じ部分に糸が重なって巻かれる、いわゆるリボン巻を防止する場合等に綾振り周波数が大きく変更される。このような綾振り周波数の制御はＣＰＵ２４が行う。このような綾振り周波数変更時は、変更前のデータを破棄して変更後のデータで張力を検出すること、または、変更前と変更後のデータを合せて張力を検出することができる。
【００４２】
次に、本発明に係る張力検出装置を用いた糸の張力検出について説明する。張力検出手順の一例を図７及び図８に示す。図７は、主に各センサ部Ｓ１〜Ｓ６の出力信号のサンプリング手順を示し、図８は、主にＣＰＵ２４による検出信号の周波数分析及び張力の演算手順を示す。サンプリング及び演算は、主にＣＰＵ２４により実行される。本実施の形態では、サンプリング点は１２８とする。
【００４３】
図７に示すように、サンプリングを行う前に、ＭＰＸ２０の切換カウンタ値Ｎｘと、サンプリングのカウンタ値Ｎｄをリセットする（Ｓ１０）。切換カウンタ値Ｎｘが０，１，・・・，５の場合、センサ部Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓ６が選択される。これらＮｘ，ＮｄはＣＰＵ２４のメモリ２４ｆ等に記憶される。切換カウンタ値Ｎｘが０なので、ＣＰＵ２４はＭＰＸ２０にセンサ部Ｓ１を選択させ、センサ部Ｓ１から出力された検出信号がＡＤＣ２２でデジタル変換される（Ｓ１２）。デジタル変換の完了後（Ｓ１４：ＹＥＳ）、切換カウンタ値Ｎｘを１増加させ（Ｓ１６）、ＭＰＸ２０の出力をセンサ部Ｓ２に切換える（Ｓ１８）。切換カウンタ値Ｎｘが６に達していない場合（Ｓ２０：ＮＯ）、センサ部Ｓ２〜Ｓ６から出力された検出信号を同様にデジタル変換する。
【００４４】
切換カウンタ値Ｎｘが６に達している場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、センサ部Ｓ１〜Ｓ６の検出信号がデジタル変換されているので、切換カウンタ値Ｎｘをリセットし（Ｓ２２）、サンプリングのカウンタ値Ｎｄを１増加させる（Ｓ２４）。カウンタ値Ｎｄが１２８に達していない場合（Ｓ３０：ＮＯ）、サンプリングを続ける。カウンタ値Ｎｄが１２８に達している場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、１２８点のサンプリングが完了しているので、カウンタ値Ｎｄをリセットし（Ｓ３２）、サンプリングの完了を示すパラメータＦＬＵＧを「１」に更新する（Ｓ３４）。この後も同様の処理を繰り返してサンプリングを続ける。
【００４５】
図８に示すように、サンプリングの完了を示すパラメータＦＬＵＧが「１」の場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４でＦＦＴ演算を行い（Ｓ４２）、パラメータＦＬＵＧを「０」に戻す（Ｓ４４）。ＦＦＴ演算結果から、各スペクトル強度（振幅）を演算する（Ｓ４６）。ＣＰＵ２４は、演算結果から、綾振り周波数に最も近いピークのスペクトル強度を抽出し（Ｓ４８）、抽出したスペクトル強度から張力を求める（Ｓ５０）。張力は、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６の出力信号に対して求める。求めた張力はメモリ２４ｆに記憶される。上述したサンプリング（図７）と張力演算（図８）とは、並行して実行される。
【００４６】
求めた糸の張力を用いて、スピンドル７の回転速度制御、あるいは、糸の異常張力の監視等を行うことができる。糸の張力検出はパッケージＰ１〜Ｐ６毎に行っているため、前記制御は、６つの張力の平均値，両端（Ｐ１，Ｐ６）又は中間（Ｐ２，Ｐ５）の平均値，または所定のパッケージの張力に基づいて行うこと等ができる。
【００４７】
以上、糸巻取装置に用いた場合を例にして説明したが、本発明の張力検出装置は、糸巻取装置に限定はされず、任意の装置に備えることができる。また、糸の張力の検出を例にして説明したが、糸に限定はされず、任意の被検出体の張力を検出することができる。
【００４８】
【発明の効果】
第１又は第６発明によれば、検出信号の周波数スペクトルを求め、綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出するため、高調波成分及び機械振動等の種々の成分を取り除いて、糸の張力を求めることができる。検出信号には、例えばボビンの回転等による糸巻取装置自身の振動成分及び高調波成分が含まれているが、周波数分析により、糸の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出でき、高調波成分及び機械振動等の種々の成分を含まない正確な張力を求めることができる。
【００４９】
第２又は第７発明によれば、綾振りの周波数範囲が定まっているため、分析する周波数範囲を限定することにより、周波数分解能を張力検出に必要な分解能程度に粗くでき、周波数分析に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
第３又は第８発明によれば、検出信号は、綾振り周波数に対応する周波数スペクトルにスペクトル強度のピークが出るため、ピークのスペクトル強度から張力を演算することにより、正確な張力を求めることができる。
【００５１】
第４又は第９発明によれば、綾振りにより周期的に位置が変動する糸を接触部に接触させることにより、糸が接触部に周期的に加えた力に応じて、綾振り周波数に対応する周期で変化する検出信号が得られる。
【００５２】
第５又は第１０発明によれば、綾振りの折返し付近で張力を計測するため、張力を検出する手段が糸に与える悪影響を最小限に抑えて、糸の品質を低下させずに張力検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る張力検出装置を備えた糸巻取装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す糸巻取装置の要部構成の一例を示すブロック図である。
【図３】張力検出装置のセンサ部の一例を示す斜視図である。
【図４】張力検出装置の演算部の一例を示すブロック図である。
【図５】検出信号の一例を示す図である。
【図６】検出信号の周波数分析結果の一例を示す図である。
【図７】周波数分析の実行手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】周波数分析の実行手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
７，８ スピンドル
１０ トラバース装置
１５ 接触部
２４ ＣＰＵ
ＴＷ テイクアップワインダー（糸巻取装置）
Ｓ１〜Ｓ６ センサ部（検出器）

Claims (10)

1. ボビンに糸を巻取る巻取機構と、
   前記ボビンに巻取られる糸を、設定された綾振り周波数で綾振る綾振機構と、
   前記糸の綾振り支点となる綾振り支点ガイドと、
   前記綾振り支点ガイドと前記綾振機構との間に設けられ、前記糸から受ける力に応じた検出信号を出力する手段と、
   前記検出信号の周波数スペクトルを求める分析手段と、
   求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出する抽出手段と
   を備え、抽出したスペクトル強度に基づいて前記糸の張力を求めるべくなしてあることを特徴とする糸巻取装置。
2. 前記分析手段は、前記検出信号の周波数スペクトルを前記設定された最高の綾振り周波数をわずかに超える範囲まで求めるべくなしてあることを特徴とする請求項１記載の糸巻取装置。
3. 前記抽出手段は、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度のうちのピークのスペクトル強度を抽出すべくなしてあることを特徴とする請求項１または２記載の糸巻取装置。
4. 前記検出信号を出力する手段は、
   綾振られている糸が接触する接触部と、
   前記接触部が前記糸から受けた力を検出する手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の糸巻取装置。
5. 前記接触部は、綾振りの折返し付近で前記糸と接触すべくなしてあることを特徴とする請求項４記載の糸巻取装置。
6. 設定された綾振り周波数で綾振られながら走行する糸の張力検出方法において、
   前記糸から受ける力に応じた検出信号を出力する第１ステップと、
   前記検出信号の周波数スペクトルを求める第２ステップと、
   求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度を抽出する第３ステップと、
   抽出したスペクトル強度に基づいて前記糸の張力を求める第４ステップと
   を有することを特徴とする張力検出方法。
7. 前記第２ステップは、前記検出信号の周波数スペクトルを前記設定された最高の綾振り周波数をわずかに超える範囲まで求めることを特徴とする請求項６記載の張力検出方法。
8. 前記第３ステップは、求めた周波数スペクトルから、前記検出信号出力時の綾振り周波数に対応するスペクトル強度のうちのピークのスペクトル強度を抽出することを特徴とする請求項６又は７に記載の張力検出方法。
9. 前記第１ステップは、受けた力に応じた検出信号を生成する検出器に、前記糸を接触させて、該糸から受けた力に応じた検出信号を出力させることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の張力検出方法。
10. 前記検出器は、綾振りの折返し付近で前記糸と接触させることを特徴とする請求項９記載の張力検出方法。

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