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