KR102088154B1 - 코일을 와인딩하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

필라멘트 재료를 감기 위한 장치는 코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상 연장된 페이아웃 홀을 가진 8자 모양 코일 구성으로 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축 주위를 회전 가능한 맨드릴 및 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스를 포함한다. 장치는 맨트릴 주위에 와인딩되는 코일의 직경을 측정하기 위한 측정 디바이스, 및 측정된 코일의 직경에 기초하여 맨트릴의 회전에 대하여 트래버스의 왕복 움직임을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 측정 디바이스는 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이를 측정하도록 구성된 제 1 센서 및 상기 맨드릴 주위에 필라멘트 재료의 길이의 와인딩 동안 상기 맨드릴의 각 변위를 측정하도록 구성된 제 2 센서를 포함할 수 있다.

Description

코일을 와인딩하기 위한 장치 및 방법
본 출원은 코일들을 와인딩하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 보다 특히, 본 출원은 코일 와인딩 파라미터들을 제어하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
Taylor에 대한 미국 특허 #2,634,922는 필라멘트 재료의 패키지가 중심 코어 공간을 둘러싸는 복수의 층들을 갖고 획득되도록 하는 8자 모양 패턴으로 맨드릴 주위에 가요성 와이어, 케이블 또는 필라멘트 재료의 와인딩을 설명한다. 맨드릴을 회전시킴으로써 및 맨드릴에 대해 측방향으로 와이어를 유도하는 트래버스를 제어 가능하게 이동시킴으로써, 8자 모양 패턴의 층들은 가요성 재료의 내부 단부가 페이아웃 홀을 통해 꺼내질 수 있도록 동조된 홀들(점증적으로 "페이-아웃 홀")을 제공받는다. 와이어의 패키지가 이러한 방식으로 와인딩될 때, 와이어는, 패키지를 회전시키지 않고, 그것의 축 주위에 있는 와이어에 회전을 부여하지 않고(즉, 트위스팅), 및 킹킹(kinking) 없이, 페이아웃 홀을 통해 와인딩되지 않을 수 있다. 이것은 와이어의 사용자들에게 주요 이점을 제공한다. 이러한 방식으로 와인딩되고 트위스트들, 스내그들 또는 오버런들 없이 뒤집기로부터 제공하는 코일들은 이 기술분야에서 REELEX(Reelex Packaging Solutions, Inc.의 상표)-형 코일들로서 알려져 있다. REELEX-형 코일들은 일반적으로 실린더의 중간에서의 하나의 위치에 형성된 방사상 개구와 함께 일반적으로 짧은 중공 실린더를 형성하기 위해 와인딩된다. 페이아웃 튜브는 방사성 개구에 위치될 수 있고 코일을 구성하는 와이어의 단부는 와이어를 제공할 때의 용이함을 위해 페이아웃 튜브를 통해 공급될 수 있다.
미국 특허 제5,470,026호는 제 1 층에서 더 큰 각도 개구 및 내부 층들 주위에 와인딩된 층들에서의 각도 크기에서의 감소를 가진 페이아웃 홀을 갖는 코일을 설명하고, 또한 코일의 와인딩 동안 코일 층들에서의 자연스러운 시프트로 인한 페이아웃 홀 각도의 정정을 설명한다. 각도 크기에서의 감소는 "홀 테이퍼(hole taper)"로서 불리우는 파라미터를 제어하고 페이아웃 홀 각도의 정정은 "홀 시프트"로서 불리우는 파라미터를 제어한다. 이전에, 홀 테이퍼 및 홀 시프트는 그것이 와인딩될 때 예측된 코일의 직경에 기초하여 산출되었다. 코일의 가정된 또는 예측된 직경은, 이후 "층-단위(per-layer)" 방법 또는 접근법으로서 불리우는, 와인딩 맨드릴 상에 내려놓은 와이어의 층들의 수를 카운트하고 와이어의 직경으로 상기 수를 곱하는 것에 기초하였다.
미국 특허 제7,249,726호는 "밀도"로서 불리우는 또 다른 코일 와인딩 파라미터를 설명한다. Reelex 코일들은 "이득들" 또는 "트래버스 속도 오프셋들" 또는 "속도 오프셋들"로 불리우는 코일 파라미터들을 사용하여 코일의 둘레들 주위에 방사상으로 복수의 8자 모양들을 위치시킴으로써 생성된다. 예를 들어, 코일이 30° 떨어져 8자 모양들을 위치시키는 속도 오프셋들을 사용하여 생성된다면, 그 후 8자 모양들은 8-인치 직경 맨드릴 상에서 2.094인치 떨어지고 코일 직경이 16인치에 도달할 때 4.188인치 떨어질 것이다. 그 결과, 코일은 8자 모양들의 수에 대하여, 코일의 외부(코일의 중심에 대하여 방사상으로) 층들에서 덜 "밀집하다". 밀도 파라미터는 코일의 층들의 수가 증가함에 따라 코일이 증가하는 8자 모양들의 수들과 함께 형성될 수 있도록 코일의 각 층이 와인딩된 후 속도 오프셋을 제어(즉, 감소)하기 위해 사용되었다. 그 결과, 8자 모양들 사이의 각도 공간은 증가하는 코일 층 카운트들에 따라 감소하여, 제 1 층 후 층들에서의 밀도를 증가시킨다.
코일들로 필라멘트 재료를 와인딩하는 이전 방법들을 사용할 때, 파라미터들, 즉 홀 시프트, 홀 테이퍼(hole taper), 밀도, 및 트래버스 속도 오프셋의 각각은 다른 것들과 상호작용한다. 비교적 균일한 직경의 비교적 곧은(방사상) 페이아웃 홀을 가진 비교적 작은 코일을 획득하기 위해 코일의 각 층의 와인딩 후 홀 시프트, 밀도, 및 홀 테이퍼 파라미터들을 조정하는 것이 알려져 있다. 각 층에서 홀 시프트, 밀도, 및 홀 테이퍼 파라미터들에 대해 이루어진 조정의 양은 와인딩된 필라멘트 재료의 직경 및 코일에서의 층 수에 기초한 예측된 코일 직경에 기초한다.
본 발명은 코일 와인딩 파라미터들을 제어하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
이 요약은 상세한 설명에서 이하에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이러한 요약은 청구된 주제의 주요한 또는 필수적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않고 청구된 주제의 범위를 제한할 때의 도움으로서 사용되도록 의도되지 않는다.
코일 직경의 실제 측정치들은 코일 와인딩 프로세스 동안 도출되고 추정된다. 코일 직경의 실제 측정치는 코일의 와인딩을 제어하기 위해 코일 직경, 속도 오프셋, 홀 시프트, 밀도, 및 홀 테이퍼 사이의 기존의 기능적 관계들과 함께 사용될 수 있다. 그러나, 와인딩 동안 임의의 포인트에서 실제 코일 직경을 측정함으로써, 다른 와인딩 파라미터들의 결정들은 코일 직경의 예측들이 사용될 때 그것들이 그런 것처럼 총괄하여 영향을 받지 않는다. 따라서, 코일의 실제 직경을 측정함으로써, 특정 코일 구성을 달성하기 위해 각각의 와인딩 파라미터를 독립적으로 변경하는 것이 가능하다.
그것의 추가 세부사항들이 여기에서 제공되는, 개시의 일 양상에 따르면, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치는 코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상 연장된 페이아웃 홀을 가진 8자 모양 구성의 코일에서 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축 주위에서 회전 가능한 맨드릴 및 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스를 포함한다. 상기 장치는 그것이 맨드릴 주위에 와인딩되는 것으로서 코일의 직경을 측정하기 위한 측정 디바이스, 및 일정한 직경을 가진 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 8자 모양 구성의 코일로 맨드릴 상에 필라멘트 재료를 와인딩하도록 측정된 코일의 직경에 기초하여 맨드릴의 회전에 대하여 트래버스의 왕복 움직임을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 상기 측정 디바이스는 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이를 측정하도록 구성된 제 1 센서, 및 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 층에 대응하는 맨드릴의 각 변위(angular displacement)를 측정하도록 구성된 제 2 센서를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제 1 센서는 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제 2 센서는 맨드릴의 각 변위에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함한다. 일 실시예에서, 측정 디바이스는 상기 제 1 센서에 의해 측정된 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이 및 상기 제 2 센서에 의해 측정된 맨드릴의 각 변위에 기초하여 코일의 직경을 결정하기 위한 직경 결정 유닛을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제어기는 곧은 구성을 가진 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 8자 모양 구성의 코일에서 맨드릴 상에 필라멘트 재료를 와인딩하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제어기는 코일의 각 층에서 8자 모양들의 수가 코일의 내부 와인드로부터 코일의 외부 와인드로 증가하도록 8자 모양 구성의 코일에서 맨드릴 상에 필라멘트 재료를 와인딩하도록 구성된다. 일 실시예에서, 각 층에서 8자 모양들의 수는 코일의 내부 와인드로부터 코일의 외부 와인드로 선형적으로 증가한다. 일 실시예에서, 각 층에서 8자 모양들의 수는 코일의 내부 와인드로부터 코일의 외부 와인드로 비-선형적으로 증가한다.
그것의 추가 세부사항들이 여기에서 설명되는, 또 다른 양상에 따르면, 코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상 연장된 방사상 페이아웃 홀을 가진 8자 모양 구성의 코일에서 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축 주위에서 회전 가능한 맨드릴 및 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스 상에서 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법은, 맨드릴 주위에 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축에 대하여 맨드릴의 회전을 제어하는 것을 포함한다. 또한, 방법은 필라멘트 재료가 맨드릴 주위에 와인딩됨에 따라 코일의 직경을 측정하는 것, 및 직경의 측정에 기초하여, 일정한 직경을 가진 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 상기 맨드릴 상에서 필라멘트 재료를 와인딩하도록 맨드릴의 회전에 대하여 트래버스의 왕복 움직임을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 코일의 실제 직경을 측정함으로써, 특정 코일 구성을 달성하기 위해 각각의 와인딩 파라미터를 독립적으로 변경하는 것이 가능하다.
도 1은 페이아웃 홀이 드리프트되는 곳에 형성된 종래 기술의 코일을 예시한다.
도 2는 본 개시의 양상에 따른 와인딩 시스템의 실시예의 일 부분의 개략적인 표현이다.
도 3은, 블록도 포맷으로, 본 개시의 양상에 따른 와인딩 장치의 실시예를 도시한다.
도 4는 코일의 와인딩 동안 일정한 직경 페이아웃 홀을 생성하는데 수반된 다양한 파라미터들 사이의 관계를 도시한다.
도 5는 임의의 트래버스 운동에 대한 상대적 변위 대 스핀들의 총 이동 거리의 그래프이다.
도 6은 본 개시의 와인딩 장치를 이용하여 형성되고 곧은 페이아웃 홀을 가진 코일을 도시한다.
개선된 와인딩 시스템을 설명하기 전에, 와인딩 시스템의 기저에 있는 이론 중 일부의 이해가 유용하다. 이전에 논의된 바와 같이, 8자 모양 코일을 와인딩하도록, 홀 시프트, 밀도, 및 홀 테이퍼를 적응시키는 것이 알려져 있다. 각 층에서 조정의 양은 예측된 코일 직경에 기초하였다. 그러나, 코일 직경은 코일 직경이 코일의 각 층에 따라 선형적으로 증가한다는 부정확한 가정(각 층은 이전 내부 층 상에서 깔끔하게 적층한다고 가정한다)에 기초하여 및 단지 와이어의 직경만이 와인딩된다는 것에 기초한 예측 가능한 양에 의해 예측된다. 상기 가정은 와인딩되는 와이어의 구성에 기초한 다양한 이유들로 및 상기 주지된 파라미터들이 그것들이 코일 직경을 더 정확하게 예측하는 특정 범위로부터 벗어날 때 가정이 유지되지 않기 때문에 부정확하다.
예를 들어, 와인딩되는 필라멘트 재료의 특징("강성도", 미끄러움, 압축성), 선 장력, 및 트래버스 속도 오프셋은 예측된 코일 직경과 실제 코일 직경 사이에서 편차를 야기하는 인자들일 수 있다. 속도 오프셋의 경우에, 속도 오프셋을 증가시키는 것은 코일의 각 층에서 와인딩되는 8자 모양들의 수에서의 감소를 야기할 수 있고, 따라서 외부 층들의 8자 모양들에 의해 점유되는 각 층에서의 개방 공간들이 있을 수 있다(즉, 층들은 모든 인스턴스들에서 하나를 다른 것 위에 깔끔하게 적층시킬 수 없다). 예를 들어, 12개의 8자 모양들이 제 1 층에서 8-인치 직경 맨드릴 상에 와인딩되면, 와인딩된 길이는 50.27피트인 것으로 산출될 수 있다(페이아웃 홀에 의해 사용될 공간을 무시하고). 8자 모양들 사이의 공간은 12개 8자 모양들에 기초하여 2.09인치의 둘레이다(12개 8자 모양들은 2.09인치의 둘레에 대응하는, 30°간격으로 이전하기 때문에). 8자 모양들 사이의 공간이 2.09인치이므로, 합리적인 가정은 이러한 제 1 층의 최상부 상에 와인딩된 층은 제 1 층에서 충분한 토대를 가져서 다음 층이 맨드릴 직경의 합 더하기 필라멘트 재료(즉, 와이어 또는 캐이블)의 직경의 두 배의 합과 같은 보다 큰 직경에 있을 것이라는 가정을 허용한다. 이것은 다음 층에서 와인딩되는 제품의 길이가 또 다른 50.27피트 + (2 ㆍ pi · 8자 모양들의 수 · 2· 필라멘트 재료의 직경)피트와 같을 것이라는 산출을 허용한다. 그러므로, 제품 직경이 0.3인치이고, 12개의 8자 모양들이 다음 층에 와인딩되면, 다음 층은 그것 바로 아래의 층보다 3.77 더 큰 피트(2 · pi · 12 · 2 · 0.3/12)를 가질 것이다. 그러나, 제 1 층이 단지 5개의 8자 모양들만을 갖고 와인딩되면, 8자 모양들 사이의 공간은 5인치를 초과한다. 이것은 제 1 층이 단단한 맨드릴 상에 있는 동안, 제 2 층은 그것이 필라멘트 재료에 의해 지지되지 않는 경우 그 아래에 있는 8자 모양들 사이에서 긴 스팬들을 경험하고, 따라서 부가적인 필라멘트 재료가 그 위에 와인딩될 때 안쪽으로 압축될 수 있다. 상기 경우에, 제 3 층은 제 2 층이 적은 지지를 갖거나 또는 지지가 없을 것이기 때문에 단단한 토대를 갖지 않을 것이다. 뿐만 아니라, 제 2 및 제 3 층들을 지지하는 가변성 때문에, 제 2 및 제 3 층들에 대한 실제 직경을 아는 것은 어렵고, 직경 측정에서의 불확실성은 부가적인 층들이 와인딩되고 이하의 층들을 압축함에 따라 늘어난다.
앞서 말한 상황은 와인딩 선 장력 및 제품 압축성에서의 변화들을 갖고 훨씬 더 많이 악화된다. 실제로, 몇몇 필라멘트 재료들은 비교적 쉽게 압축되어 압축되지 않은 상태에서 직경이 0.230인치라고 측정할 수 있는 재료가 예를 들어, 0.210인치로 압축되거나 또는 납작해지게 한다.
다음의 예는 여기에서 참조된 종래 기술의 특허들에서 사용된 공식들 및 코일 형성 파라미터들 중 일부의 상호 작용을 예시한다. 이하의 표 1은 예를 위해 사용된 파라미터들을 나열한다.
Figure 112019131286151-pct00001
표 1
예시적인 파라미터들을 고려해볼 때, 종래 기술의 산출들에 기초하여, 대략 16.36인치(약 16개 층들의 와인딩된 제품)의 코일 직경이 예상될 것이다. 트래버스 속도 오프셋이 4%에서 8%로 두 배가 되면, 각 층에서 8자 모양들의 수는 절반이 될 것이고, 그러므로 필라멘트 재료의 전체 길이를 완전히 와인딩하도록 더 많은 층들(약 27개 층들)을 요구한다. 구체적으로, 상기 경우에, 코일 직경을 예측하기 위해 사용된 종래 기술의 Reelex 공식들은 최종 코일 직경이 21.17인치일 것이라고 예측할 것이다. 경험적으로, 그러나, 이러한 예측된 직경 크기 변화는 실제로 발생하지 않는다. 대신에, 와인딩 동안 와이어 선 장력은 코일의 실제 직경이 예측된 직경 미만이도록 코일을 방사상으로 압축한다.
게다가, 코일의 직경이 코일을 와인딩하도록 사용된 다른 파라미터들을 결정하는데 입력으로서 사용되므로, 이들 파라미터들은 또한 코일 직경에서의 부정확성들에 의해 영향을 받을 수 있어서, 코일이 방사상 동조되지 않은 페이아웃 홀들(도 1에 도시된 바와 같이, 페이 홀은 방사 방향으로 곡선을 이룰 수 있다)을 갖고 및/또는 예측되지 않은 치수들을 가진 코일들(최종 직경은 예측된 것보다 작을 수 있다)을 갖고 와인딩되게 한다.
상기 예로부터의 파라미터들을 사용하여, 페이아웃 홀이 8-인치 직경 맨드릴 상에서의 시작에서 16인치에서의 그것의 완료까지 64°시프트될 필요가 있다면, 페이아웃 홀은 "정정되거나" 또는 층당 대략 4°(또는 코일 벽의 인치당 16°)의 레이트로 바이어싱될 필요가 있다. 와인딩 동안, 와인딩 기계는 4°만큼 각 층의 완료의 끝에서 페이아웃 홀(또는 층들)을 시프트한다. 그러나, 속도 오프셋이 8.0%로 두 배가 되면, 페이아웃 홀은 108°(27개 층들 · 층당 4°)만큼 시프트될 것이다. 이것은 21인치의 코일 직경에 대해 정정할 것이지만, 상기 주지된 바와 같이, 선 장력으로 인해 코일이 아마도 21인치보다 작을 것이기 때문에 부정확할 가능성이 있다. 그것이 과거의 경험적 증거에 기초하여, 실제 마무리된 코일이 17.5인치(21인치 대신)의 직경을 갖는다고 가정된다면, 적절한 총 홀 시프트는 대략 76°일 것이다. 그러나, 시프트가 층당 4°이면, 이것은 대략 32°너무 멀리 시프트되는 페이아웃 홀을 야기할 것이다. 이러한 오버슈트를 보상하기 위해, 하나의 경향은 와인딩된 27개 층들을 통해 층당 2.8°의 다소 낮은 홀 시프트 값(27개 층들 · 2.8° = 75.6°)을 사용하는 것이다.
더욱이, 코일의 압축성으로 인해, 제 1 층은 정확한 곳에 페이아웃 홀을 가질 것이지만, 제 2 층은 정확한 직경에 가까울 것이고 4°의 시프트를 가져야 하지만, 단지 2.8°시프트만을 가질 것이다. 대신에, 제 2 층은 2.8°보다는, 3.9°의 시프트를 요구할 수 있다. 와인딩 프로세스에서의 어딘가에서, 요구된 시프트 및 실제 시프트는 동일할 것이고, 그 후 상황은 역전될 것이다. 홀 시프트가 와인딩 동안 조정되지 않는다면, 페이아웃 홀은 먼저 트래버스로부터 멀리 시프트할 것이고(방사상 대신에) 코일이 2.8°시프트의 양이 정확한 양인 이러한 레이트에서 직경이 성장하는 상기 포인트까지 점점 더 작은 시프트를 갖고 상기 방식을 계속해서 시프트할 것이다. 그것은 그 후 트래버스를 향해 기울어지기 시작할 것이다. 따라서, 곧은 페이아웃 홀 대신에, 코일은 굽은 것을 가질 것이다; 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 코일이 와인딩된 동일한 방향으로 및 그 후 반대 방향으로.
유사한 이슈가 홀 테이퍼에 적용될 때 이러한 층-단위 접근법을 사용하여 존재한다. 홀 테이퍼에 관련된 하나의 이슈는 페이아웃 홀이 작아질 때, 와인딩된 필라멘트 재료를 위치시키기 위한 코일의 증가하는 면적이 있기 때문에, 코일 직경은 약간 감소된다는 것이다. 상기 예의 표 1에서의 파라미터들을 재사용하여, 시작하는 페이아웃 홀 각 크기가 90°라고 가정되면, 생성된 개구는 8-인치 맨드릴의 표면에서 6.28인치의 직경을 가질 것이고, 16인치의 코일 직경에서 12.56인치의 개구 크기에 대응할 것이다. 페이아웃 홀의 방사상 길이 전체에 걸쳐 6.28인치인 페이아웃 홀 크기를 유지하기 위해 요구된다면, 페이아웃 홀 각도 크기는 코일 직경이 16인치에 이를 때 45°이도록 요구한다. 그러나, 이론적 산출들에 기초하여, 코일 직경은 약 1/2인치만큼 더 작을 것이다. 이것은 46.4°의 약간 더 큰 최종 페이아웃 홀 각도 크기를 요청할 것이다. 홀 시프트에 적용된 홀 테이퍼에 대해 동일한 추론을 적용하고 8.0°의 트래버스 속도 오프셋을 사용함으로써, 약 34°의 최종 페이아웃 홀 각도 크기가 산출될 수 있다(21-인치 직경 코일에 대해). 페이아웃 홀 각도는 27개 층들에 걸쳐 층당 2.07°만큼 감소될 필요가 있다. 그러나, 코일 직경은 21인치가 아닐 것이다 - 아마도 홀 테이퍼로 인한 감소된 직경을 고려해보면 다소 17인치에 더 가까운(경험적 증거에 기초한 양) - 최종 페이아웃 홀 각도 크기가 약 42°이어야 함을 의미한다. 차이(8°)는 그것보다 약 1.18인치의 둘레가 더 작은 페이아웃 홀에 이른다. 그러므로, 코일 직경이 17인치에 이를 때 결국 적절한 크기의 페이아웃 홀이 되기 위해, 층당 약 1.78°의 홀 테이퍼를 요구한다. 따라서, 층-단위 접근법의 사용은 코일 와인딩 프로세스가 진행됨에 따라 시작, 스웰들 내지 중간, 및 테이퍼들 뒤에서 정확한 페이아웃 홀을 생성할 것이다. 홀 시프트의 효과들이 홀 테이퍼의 효과들과 합성되면, 결과는 트래버스에 가장 가까운 홀의 측면이 똑바로 시작하고 그 후 트래버스로부터 일정한 간격으로 곡선을 이루고 그 후 다시 원래대로 돌아온다는 것이다. 페이아웃 홀의 다른 측면은 트래버스로부터 멀리 훨씬 더 많이 기울어질 것이고 그 후 외부 층들에서 돌아갈 것이다.
상기 예들에서, 트래버스 속도 오프셋은 코일 와인딩 프로세스 전체에 걸쳐 일정하게 유지되었고, 이것은 각각의 8자 모양 사이의 방사상 간격이 층에서 층으로 동일하다는 것을 의미한다. 밀도 파라미터는 밀도 파라미터가 코일의 층-단위 기반으로 트래버스 속도 오프셋을 효과적으로 조정(예컨대, 감소)한다는 점에서 트래버스 속도 오프셋과 관련되고, 그러므로 코일의 층들의 수가 와인딩 동안 증가함에 따라 8자 모양들 사이에서 방사상 간격을 감소시킨다. 결과는, 코일 직경이 각 층을 갖고 더 커지기 때문뿐만 아니라 8자 모양들의 수가 코일이 직경이 늘어남에 따라 증가하기 때문에, 더 많은 필라멘트 재료가 각각의 통과 층으로 와인딩된다는 것이다. 따라서, 코일은 트래버스 속도 오프셋이 와인딩 동인 일정한 채로 있는 경우보다 더 "밀집"하다. 코일을 더 밀집하게 만든 하나의 영향은 그것이 코일을 완성하기 위해 요구된 층들의 수를 감소시키고, 그러므로, 그것이 코일 직경을 감소시키고, 결과적으로 홀 시프트 및 홀 테이퍼에 대한 상기 주지된 Reelex 산출들을 변경한다는 것이다. 더욱이, 코일은 내부 층들에서 더 빠르게 및 증가하는 코일 직경 성장에 따라 더 느리게 늘어난다.
트래버스 속도 오프셋이 각 층이 가진 일정한 인자에 의해 비례하여 감소되는 밀도의 이전 구현이 가진 제한들이 있다. 문제는 이하에서 예시된다. 3.0% 트래버스 오프셋 속도에 대한 특허 #7,249,726에서 설명된 바와 같이, 코일의 제 1 층 주위에 방사상으로 분포될 8자 모양들의 수는 16.67(1/(2 · 3%/100)일 것이다. 페이아웃 홀에 대해 사용된 필라멘트 재료의 양은, 이러한 분석을 위해, 단지 코일(또는 맨드릴)의 둘레 주위에서, 도들로, 8자 모양들 사이의 간격만이 관심 있기 때문에, 이러한 설명을 위해 무시된다. 0.2%의 밀도 인자가 트래버스 속도 오프셋에 적용되면, 제 2 층은 2.8%(3% - 0.2%)의 트래버스 속도 오프셋을 사용하여 생성될 것이다. 이것은 17.8571 8자 모양들을 가진 제 2 층을 생성한다. 트래버스 속도 오프셋이 계속해서 동일한 방식으로 0.06의 밀도 인자만큼 감소된다면, 8자 모양들의 수는 다음과 같이 각 층에 따라 변한다: 19.23, 20.83, 22.73, 25.00, 27.78, 31.25, 35.71, 41.67, 50.00, 62.50, 83.33, 125.00, 250.00.
따라서, 0.2% 밀도 인자에 의해 야기된 속도 오프셋에서의 작은 0.2% 변화는 층들의 수가 증가함에 따라 각 층에서 8자 모양들의 수에 대한 훨씬 큰 효과를 갖는다. 예를 들어, 제 15 층에 의해, 기계는 단지 0.2%의 트래버스 속도 오프셋을 사용하고 상기 층에 250개 8자 모양들을 위치시키려고 시도할 것이다. 또한, 8자 모양들에 대한 식은 제 16 층에 대해 정의되지 않게 된다(분모는 0이 된다). 따라서, 각 층에 대한 상수만큼 속도 오프셋을 감소시킴으로써 밀도를 제어하는 방법은 산출들에서 탈출 조건을 생성할 수 있다. 가장 두드러진 불일치는 층 15의 상기 예에서 보여질 수 있다. 상기 층에서 250개 8자 모양들을 갖고(15인치 코일 직경을 가정하자), 상기 층 단독에 와인딩된 재료의 양은 이들 예들에서 이루어진 산출들이 1000피트 코일들에 대한 것이므로 이해할 수 없는 거의 2000피트일 것이다.
이들 문제들 및 이슈들은 도 2 및 도 3의 시스템(10)으로 극복된다. 도 2는 본 개시의 양상에 따른 와인딩 시스템(10)의 일 부분의 개략도를 도시한다. 시스템은 코일(35)로 필라멘트 재료(29)(예컨대, 와이어 또는 케이블)를 와인딩하도록 스핀들(31)에 의해 구동된 맨드릴(31A)을 포함한다. 시스템(10)은 길이 카운터(24), 왕복 트래버스(32), 및 선택적 스프링-로드 버퍼(26)를 포함한다. 와인딩되는 필라멘트 재료(29)는 맨드릴(31A)이 스핀들(31)에 의해 구동될 때 길이 카운터(24), 버퍼(26), 및 트래버스(32)를 통과한다(도 2에서 시계방향). 트래버스(32)는, 필라멘트 재료(29)가 맨드릴(31A) 주위에서 8자 모양 패턴으로 내려놓여지도록 그것의 축 주위를 회전하는 동안(예컨대, 도 2에서 시계방향) 왕복한다(도 2의 페이지 안 및 밖 및 도 3에서 우측에서-좌측-우측으로).
카운터(24)는 필라멘트 재료(29)가 통과하는 휠들(24A) 또는 풀리들의 쌍을 포함할 수 있어서, 휠들이 그것들 각각의 축들 주위를 회전하게 한다. 휠들(24A)은, 알려진, 고정된 둘레를 가지고, 따라서, 휠들(24A)의 각각의 회전은 휠들(24A) 중 하나의 둘레와 동일하게 페이 아웃된 필라멘트 재료(29)의 길이에 대응한다. 일 실시예에서, 길이 카운터(24)는 길이 카운터 펄스 또는 신호를 생성하고 이를 제어기(30)(도 3)로 전송하는 결정적 고 우선순위 하드웨어 인코더 인터럽트를 포함하고, 이것은 그것의 도착의 마이크로초들 내에 신호 또는 펄스를 확인 응답한다. 길이 카운터(24)는 필라멘트 재료(29)의 길이에 대응하는, 임의의 적정한 분해능일 수 있는, 펄스들을 제공한다. 제한으로서가 아닌 단지 예로서, 분해능은 필라멘트 재료(29)의 선형 피트당 1 내지 200 펄스들일 수 있다. 사용된 인코더는 아이다호, 새이글의 Encoder Products Company로부터의 Model TR1 인코더와 유사할 수 있다. 일 실시예에서, 증분형 샤프트 인코더는 휠들(24A) 중 하나에 부착될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 홀 효과 디바이스는 휠들(24A)의 회전 샤프트에 장착된 자석들과 함께 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 도플러 기술을 사용하는 레이저-형 길이 카운터들이 또한 사용될 수 있다. 스케일링 인자들은 보다 정확한 측정들을 제공하기 위해 이들 펄스들에 인가될 수 있다. 다음의 예에서, 사용된 분해능은 선형 피트당 4 펄스들일 것이다. 따라서, 기록되는 각각의 인터럽트 펄스는 맨드릴(31A) 상에 와인딩된 필라멘트 재료(29)의 0.25피트 증분을 나타낸다.
스핀들 회전당 360개 펄스들을 인코딩할 수 있는, 인코더(33)는 임의의 수단(예컨대, 직접, 기어들, 벨트 등)에 의해 스핀들(31)에 연결된다. 인코더(33)에 의해 생성된 펄스들은 맨드릴(31A), 및 그러므로 맨드릴(31A) 상에서의 코일(35)의 회전 변위가 각각의 길이 카운터 인터럽트 펄스 사이에 알려지도록(예컨대, 도들로) 제어기(30)(도 3)에 의해 카운트된다. 따라서, 길이 인터럽트 펄스가 수신될 때마다, 전류 인코더 펄스 카운터는 도들로 맨드릴 또는 코일 변위를 획득하기 위해 이전 인코더 펄스 카운터에 비교된다. 맨드릴(31A) 또는 코일(35)의 각 변위 및 인터럽트 펄스들 사이의 필라멘트 재료(29)의 측정된 길이는 코일 둘레, 및 따라서 코일 직경을 측정하기 위해 사용될 수 있고, 이것은 현재 및 이전 인코더 카운트들 사이에서 일정한 것으로 가정된다. 예를 들어, 길이 카운터(24)가 길이 카운터 인터럽트를 트리거할 때, 제어기(30)(도 3)는 0.25 피트만큼 코일의 측정된 길이를 증가시킨다. 제어기(30)(도 3)는 또한 인코더(33)로부터 현재 스핀들 카운트를 판독하고 이전 길이 카운터 인터럽트와 동시에 이전 스핀들 카운트를 감한다. 이 예에서, 상기 차이는 25도이다. 그러므로, 0.25피트는 코일 둘레(360도)의 25도에 걸쳐 연장된다. 따라서, 인터럽트 펄스들 사이에 와인딩된 필라멘트 재료(29)의 길이(0.25피트)는 코일의 원주의 대략 0.069(25/360)와 같다. 따라서, 길이 인터럽트들 사이에서 코일의 둘레(C)는 대략 3.63피트 또는 43.48피트이고 코일 직경(D)(D=C/pi)은 대략 13.85인치이다. 이러한 직경 측정은 인터럽트 펄스들 사이의 상수인 것으로 고려될 수 있다. 인터럽트 펄스들의 분해능이 증가함에 따라, 코일 직경 측정은 코일 직경의 보다 순간적 측정을 향해 수렴된다는 것이 이해될 것이다.
코일 직경의 측정치가 코일 층들 및 필라멘트 재료의 직경에 기초하여 코일 직경을 예측하는 것보다 정확하지만, 측정은 여전히, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 와인딩 시스템의 세부사항들로 인해 제한된 부정확성들을 가질 수 있다.
예를 들어, 트래버스(32)의 왕복 운동 및 다른 코일 와인딩 프로세스 동작들로 인해, 버퍼 댄서(26)는 도 2에 도시된 바와 같이, 길이 카운터(24) 및 트래버스(32) 사이의 시스템에 위치된다. 일 실시예에서, 버퍼(26)는 스프링 로딩되고 시브들(26A 및 26B)을 포함하는 이동 가능한 블록 유닛들을 포함한다. 트래버스(32)가 왕복함에 따라, 그것은 길이 카운터 및 코일/맨드릴 표면 사이에서 필라멘트 재료 라인 속도 및 길이에 대한 변화들을 야기한다. 버퍼(26)의 동작은 와인딩 프로세스에 의해 야기된 길이 및 속도 변화들에 응답하여 블록 및 시브들(26A 및 26B)이 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어져 이동하게 하기 위해 그것의 스프링들(26A)에 대하여 동작하는 것이다.
버퍼(26)의 동작은 길이 카운터(24) 및 코일(35)의 표면으로부터의 거리가 계속해서 변하기 때문에 코일 직경을 측정하는데 문제들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(30)(도 3)는 여러 길이 인터럽트 펄스들에 걸쳐 스핀들 인코더 카운터의 결과를 저장하고 코일 직경의 실행 평균이 산출되고 직경에 대한 지식을 요구하는 다른 산출들에서 사용되도록 그것들을 평균화할 수 있다. 일 실시예에서, 10개의 스핀들 인코더 카운트들은 코일 직경의 실행 평균을 위해 평균화된다. 결과는 필라멘트 재료(29)의 길이가, 상기 논의된 바와 같이, 코일 직경을 결정하기 위해 사용될 수 있는, 하나의 길이 카운터 인터럽트 펄스에 걸쳐 대응하는 도수의 실행 평균이다.
코일 직경의 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있는 또 다른 인자는 필라멘트 재료(29)가 8자 모양으로 와인딩된다는 것이고, 이것은 코일 주위에 빙 돌아가는 경로를 가지고 그것은 코일의 실제 둘레보다 약간 더 길다. 이러한 차이는 0.99(산출된 값에서 1% 감소)만큼 그것을 스케일링함으로써와 같이, 산출된 둘레(및 그러므로 직경)에 스케일링 인자를 적용함으로써 고려될 수 있다.
일단 코일 직경이 여기에서 설명된 바와 같이 측정(및/또는 스케일링)되면, 코일 직경은 상기 주지된 파라미터들을 산출하고 업데이트하기 위해 사용될 수 있다: 홀 시프트, 홀 테이퍼, 및 밀도. 예를 들어, 그 전체 콘텐트들이 여기에서 참조로서 통합되는 미국 특허 제5,470,026호에서, 코일 직경(D)은 와인딩된 재료 및 페이아웃 홀에서의 코일의 중심선 사이에서 페이아웃 홀 직경 및 홀 각도("a")를 결정하기 위한 다음의 공식들에서의 변수이다. 그러나, 이전에 행해진 바와 같이 코일 층 및 필라멘트 재료 직경에 기초하여 코일 직경을 예측하는(층-단위 접근법) 대신에, 홀 각도("a")는 코일 직경의 실시간(실행 평균) 측정에 기초하여 연속적으로 결정될 수 있다.
코일의 직경은 상기 설명된 방법들을 사용하여 알려지므로, 다음의 식들은 각도("a")를 결정하기 위해 식들의 시스템으로서 풀릴 수 있고, 여기에서 다음의 변수들 및 상수들은 식들에서 사용되고 도 4에 도시된 페이아웃 홀을 참조하여 도시된다.
Figure 112019131286151-pct00002
일 실시예에서, 트래버스 출력은 코일 패턴이 또한 정현파이도록 정현파라고 가정된다. 정현파 변위는 도 5에 도시되고 다음의 식에 의해 정의된다.
YC = (MW/2)sin{x/D}, (1)
여기에서 YC는 트래버스의 중심 위치에 대한 트래버스 변위로서 정의되고 x는 8자 모양을 위한 트래버스의 누적 변위로서 정의된다.
A = Tan- 1(y'c), (2)
여기에서
y'c = dyc/dx, (3)
및
y'c = (MW/2D)cos{x/D}, (4)
따라서 x=0인 경우, 식(4)는 다음으로 단순화된다
y'c = MW/2D (5)
뿐만 아니라, 코일의 표면상에서 페이아웃 홀의 길이(L)가 알려져 있고 코일 직경이 여기에서 설명된 방법에 따라 결정된다면, 페이아웃 홀 각도(P)는 다음의 식으로부터 산출될 수 있다,
P = 360(L/D) (6)
식들의 시스템의 나머지 식들은 다음을 포함한다:
(2rtan {90 - tan-1(MW/D)})/sin{90 - tan-1(MW/D)} = 2r/cos{90 - tan-1(MW /D)} (7)
P = (720r)/D ㆍcos {90 - tan-1(MW /D)} (8)
r = D ㆍcos {90 - tan-1(MW /D)}/720 (9)
식(8)은 페이아웃 홀 각도 크기(P), 맨드릴 폭(MW), 코일 직경(D), 및 페이아웃 튜브 반경(r) 사이의 관계를 도시한다. 식(8)에서 사용된 코일 직경(D)은 여기에서 설명된 방법들에 따라 측정된다. 식(8)을 사용하여, 페이아웃 홀 각도 크기(P)는 와인딩 프로세스 전체에 걸쳐 계속해서 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 페이아웃 홀 개구 크기(L)는 페이아웃 홀의 길이 전체에 걸쳐 일정하게 유지된다. 다음의 예시적인 방법은 일정한 홀 개구 크기를 가진 코일을 형성하기 위해 사용될 수 있따. 8-인치 직경 맨드릴이 사용되고 페이아웃 홀 각도 크기가 구십(90)도이면, 맨드릴의 표면상에서의 개구(L)는 6.28인치일 것이다. 일반적으로 균일한 직경 페이아웃 홀을 생성하기 위해, 코일의 각 층을 갖고, 페이아웃 홀 각도 크기는, 상기 설명된 바와 같이, 프로세스의 산출된 코일 직경에 의존하여 감소된다. 예로서, 다음 층 직경이 8.55인치인 것으로 결정된다고 결정되면, 6.28인치 개구를 유지하기 위해 요구된 대응하는 홀 각도 크기는, 식(6)에 기초하여, 84.2도((360ㆍ6.28)/(8.55ㆍpi))일 것이다. 뿐만 아니라, 다음 측정된 직경이 9.04인치이면, 페이아웃 홀 각도 크기는 79.6도((360ㆍ6.28)/(9.04ㆍ3.14)) 등으로 감소될 것이다.
코일의 밀도는 또한 여기에서 설명된 바와 같이 코일 직경을 정확하게 결정한 결과로서 개선될 수 있다. 상기 주지된 바와 같이, 밀도 파라미터의 일반적인 사용은 코일의 각 층에서 8자 모양들 사이의 간격을 근본적으로 일정하게 유지하는 것이다. 종래의 코일 와인딩 방법들은 코일 층 수 및 필라멘트 재료 직경에 기초하여 예측된 코일 직경에서의 부정확성들로 인해 사실상 이를 성취할 수 없다. 트래버스 속도 오프셋은 종종 두 개의 파라미터들에 의해 특정된다: 상위 속도 오프셋(또한 "상위 비", 및 "플러스 어드밴스"로서 불리우는) 및 하위 속도 오프셋(또한 "하위 비", 및 "마이너스 어드밴스"로 불리우는). 코일 와인딩 프로세스는 코일의 제 1(및 홀수 넘버링된) 층을 와인딩할 때 상위 속도 오프셋을 사용하고, 코일의 제 2(및 짝수 넘버링된) 층을 와인딩할 때 하위 속도 오프셋을 사용한다.
다음의 예는 상위 속도 오프셋 및 하위 속도 오프셋의 사용을 예시한다. 코일의 임의의 층에서 8자 모양들 사이의 간격은 다음의 식으로부터 산출될 수 있다:
간격 = 2ㆍ속도 오프셋 퍼센티지/100ㆍDㆍpi (10)
예에서, 상위 속도 오프셋은 3.5%로 설정되고 하위 속도 오프셋은 3.2%로 설정된다. 또한, 이러한 예의 목적들을 위해, 맨드릴은 8-인치 직경을 갖는 것으로 가정되고, 코일의 둘레 및 직경은 초당 약 100회 산출된다. 따라서, 코일의 제 1 층에 대해, 8자 모양들 사이의 간격(예컨대, 인치로)은 산출된 코일/맨드릴 직경 및 3.5%의 초기 상위 속도 오프셋에 기초하여 산출된다. 이 예에서, 8자 모양들 사이의 간격은 1.76인치(2ㆍ(3.5%/100)ㆍ8인치ㆍpi)인 것으로 산출된다. 제 2 층에 대해, 프로세스가 하위 속도 오프셋으로 스위칭할 때, 동일한 산출(예컨대, 식(10))이 반복되지만, 업데이트된 코일 직경은, 제 1 층이 제자리에 있고, 제 2 층이 그것의 최상부 상에서 와인딩되기 때문에, 종래 산출에서 사용된 직경보다 크다(즉, 초기 직경은 맨드릴 직경과 같다). 이 예에서, 제 2 층의 직경이 8.46인치인 것으로 결정되면, 8자 모양들 사이의 간격은 1.70인치(2ㆍ3.2%/100ㆍ8.46인치ㆍpi)이다. 이 예에서, 제 3 층에 대해, 코일 직경은 8,92인치인 것으로 산출될 수 있다. 8자 모양들 사이의 간격이 1.76인치에서 유지된다면, 상위 속도 오프셋은, 속도 오프셋에 대한 식(10)을 푸는 것에 기초하여, 3.5%에서 3.1%(1.76인치/2ㆍ8.92인치ㆍpiㆍ100)로 변해야 한다. 오프셋된, 8자 모양 간격들, 및 층당 8자 모양들의 수들은 이하의 표 2에서 나열된다.
Figure 112019131286151-pct00003
표 2
도 6에 보여지는 바와 같이 예시적인 치수들을 사용하여 형성된 코일은 홀 테이퍼 또는 밀도에 의해 영향을 받지 않을 것이고 곧은 페이아웃 튜브(105)를 수용할 수 있는 곧은(방사상) 페이아웃 홀(100)을 갖는다. 이러한 방법을 사용하여 형성된 코일(108)은 8자 모양들의 수를 외부 층들에서 훨씬 더 높은 값들로 증가시키려는 경향이 있는 종래 방법들을 사용하는 것보다 더 안정될 것이다.
일정한 직경 페이아웃 홀 및 일정한 8자 모양 간격이 종종 코일들을 와인딩할 때 요구되지만, 달라지는 파라미터들을 갖고 코일들을 생성하기 위해 요구될 수 있는 상황들이 있을 수 있다. 예를 들어, 특정한 고속 데이터 운반 케이블들이 와이어가 어떻게 와인딩되는지의 결과로서 손상될 수 있다는(케이블들의 송신 특성들에 대한 손상) 것이 오래 알려져 왔다. Reelex 코일들에 대하여 더 구체적으로, 이러한 손상은 트래버스 속도 오프셋들이 유사한 직경의 무-신호-운반 케이블들에 대한 "정상" 범위에 있는 값들로 설정될 때에도 야기될 수 있다는 것이 알려져 있다. 케이블이 와인딩될 때, 케이블은 8자 모양의 크로스오버 포인트에서 약간 구부러진다. 너무 많은 8자 모양들이 코일의 둘레 주위에 방사상 분포된다면, 크로스오버 포인트들의 가까운 근접성은 케이블의 보다 심각한 만곡을 야기하고, 이것은 케이블을 손상시킨다. 따라서, 손상의 대부분은 와인딩된 케이블의 제 1, 내부 층들 상에서 발생한다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 전체 코일 와인딩 프로세스 전체에 걸쳐 일정한, 매우 높은 트래버스 속도 오프셋을 사용하는 것이었다. 이러한 해결책은 트래버스 속도 오프셋들이 더 낮은 경우보다 큰 코일들을 생성한다. 그러나, 여기에서 설명된 방법들 및 장치들을 사용하여 코일의 직경을 정확하게 앎으로써, 종래 기술의 코일들이 균일한, 보다 큰 트래버스 속도 오프셋을 사용하여 와인딩되는 경우 동일한 길이의 종래 기술의 코일들만큼 큰 직경을 가진 코일을 생성하지 않고, 내부 층들이 과도한 만곡으로부터 보호되도록 내부 층들을 와인딩할 때 더 높은 값으로부터 외부 층들을 와인딩할 때 더 낮은 값으로 트래버스 속도 오프셋을 변경하는 것이 가능하다. 또한, 이것은 홀 테이퍼 또는 홀 시프트에 영향을 주지 않고 성취될 수 있다.
일 예에서, 미리 정의된 트래버스 속도 오프셋 대 코일 직경 프로파일은 코일의 내부 와인딩들 또는 층들에 대한 8자 모양들 사이의 매우 높은 간격 및 코일의 외부 와인딩들 또는 층들에서의 8자 모양들 사이의 감소된 간격을 갖고 코일을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 프로파일은 컴퓨터 구현을 가능하게 하기 위해 룩업 테이블 또는 기능적 관계로서 구현될 수 있다. 속도 오프셋 대 코일 직경을 산출하기 위한 방법의 예는 다음과 같다. 8%의 속도 오프셋이 내부 층들을 위해 요구되고 속도 오프셋은 코일이 13인치에 이를 때까지 코일 직경에 따라 비례하여 감소될 것이라고 가정하자. 13인치 후, 코일은 1.76인치의 일정한 8자 모양 간격을 가질 것이다. 0 내지 13인치의 코일 직경 사이의 속도 오프셋에 대한 공식은 다음과 같다:
속도 오프셋 = 6.2ㆍ(13-D)/5+1.8 (11)
그 후, 13인치보다 큰 직경들에 대해, 이후 설명된 바와 같이, 8자 모양들 사이의 일정한 간격에 기초하여 속도 오프셋을 산출하는 방법이 구현될 수 있다. 밀도 프로파일(층 대 속도 오프셋%)은 따라서 이하의 표 3에서 도시된 바와 같을 수 있다.
Figure 112019131286151-pct00004
표 3
도 3에 도시된 바와 같이 와인딩 기계(10)의 블록 도식 예시에 대하여, 제어기(30)는 각각, 인코더들(33 및 34)을 가진 스핀들(31) 및 트래버스(32)의 변위를 추적할 수 있지만, 전위차계들 또는 리졸버들과 같은, 다른 디바이스들이 사용될 수 있다. 필요한 상위 및 하위 속도 오프셋들(예컨대, ADVANCES)은 썸-휠 스위치들, 키패드, 컴퓨터 키보드, 내부 저장 데이터 베이스와 같은 입력 디바이스(30A)를 갖고 입력되거나, 또는 직렬 통신(도 3에 도시되지 않음)을 통해 데이터베이스로부터 다운로드될 수 있다. ADVANCES는 필라멘트 재료(29)의 직경, 맨드릴(31A)의 직경, 및 스핀들(31)의 표면으로부터의 트래버스(32)의 직경으로부터 산출된다. 와인딩 프로세스의 다양한 파라미터들은 디스플레이(30B)를 통해 디스플레이된다.
제어기(30)는 스핀들(31) 및 트래버스(32)의 위치를 판독하고 트래버스(32)로의 ADVANCE를 야기하는 트래버스 드라이브(40)를 통해 트래버스 모터(38)로 기준 신호(41)를 제공한다. 제어기(30)는 와인딩에서 페이아웃 홀을 만들 시간일 때 ADVANCE(플러스 또는 마이너스)의 감지를 스위칭한다. 앞서 언급한 동작들은 와인딩 기술에서의 숙련자들에게 알려져 있다. 스핀들 모터(37)는 와인딩 기술에 알려진 방식으로 제어기(30)로부터의 기준 신호(43)에 의해 스핀들 드라이브(42)에 의해 제어된다.
트래버스(32)는 크랭크 암(35) 및 연결 봉(36)을 갖고 구동될 수 있다. 크랭크 암(35) 및 연결 봉(36)의 이러한 배열이 트래버스 모터(38) 및 캠 박스(39)에 의해 일정한 RPM(크랭크 암(35)의)으로 구동될 때, 트래버스(32)의 모션에 왜곡이 생성될 수 있다. 캠 박스(39)는 이러한 왜곡을 제거하기 위해 캠들의 배열을 사용할 수 있다.
제어기(30)는 카운터 회로(44)를 통해, 각각, 인코더들(34 및 33)을 통해 트래버스 모터(38) 및 스핀들 모터의 각각의 위치의 입력을 수신한다. 프로그램된 밀도를 가진 코일을 와인딩하는 것은 상기 식(1)을 풀도록, 또는 필요한 ADVANCE들이 트래버스 모터(38) 및/또는 스핀들 모터(37)에 제공될 수 있도록 컴퓨터에서 "룩-업" 테이블(표 3과 같은)을 제공하도록 제어기(30)를 프로그램함으로써 실행될 수 있다.
일 양상에서, 여기에서 설명된 와인딩 기계(10)는 설명된 특정 물리적 레이아웃에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 와인딩 기계의 특징들에 대한 몇몇 실질적인 고려들은 다음과 같다. 기계 캠들은 최대 속도를 제공할 수 있다. 이중 및 단일 벨트 트래버스들이 또한 이용될 수 있다. 전자 캠들은 특정한 양의 유연성을 제공할 수 있지만, 속도 제한들을 가질 수 있다. DC 모터들뿐만 아니라 AC 모터들, 스텝퍼들 또는 서보들이 사용될 수 있다. 트래버스(32)는, 기계 캠에 의해 구동될 경우, 표준 회전 모터(DC, AC, 스텝퍼, 서보)를 이용해서 구동될 수 있다. 전자 캠들은 서보 모터 또는 선형 모터를 사용할 수 있다.
또한, 용어("제어기")는 여기에서 개시된 실시예들은 임의의 특정한 디바이스 유형 또는 시스템에 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 제어기는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 또한 상기 설명된 방법들 및 프로세스들 중 임의의 것을 실행하기 위해 컴퓨터 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 또는 범용 컴퓨터)를 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템은 반도체 메모리 디바이스(예컨대, RAM, ROM, PROM, EEPROM, 또는 플래시-프로그램 가능한 RAM), 자기 메모리 디바이스(예컨대, 디스켓 또는 고정 디스크), 광학 메모리 디바이스(예컨대, CD-ROM), PC 카드(예컨대, PCMCIA 카드), 또는 다른 메모리 디바이스와 같은 메모리를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 메모리는 예를 들어, 송신된 광 신호들, 상대적 광 신호들로부터의 데이터를 저장하고, 압력 신호들을 출력하기 위해 사용될 수 있다.
상기 나열된 바와 같이, 상기 설명된 방법들 및 프로세스들 중 몇몇은, 컴퓨터 프로세서와 함께 사용하기 위해 컴퓨터 프로그램 로직으로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 로직은, 소스 코드 형태 또는 컴퓨터 실행 가능한 형태를 포함하는, 다양한 형태들로 구체화될 수 있다. 소스 코드는 다양한 프로그래밍 언어들(예컨대, 오브젝트 코드, 어셈블리어, 또는 C, C++, 또는 JAVA와 같은 고-레벨 언어)로 일련의 컴퓨터 프로그램 지시들을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 지시들은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체(예컨대, 메모리)에 저장되고 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터 지시들은 수반한 인쇄된 또는 전자 문서(예컨대, 수축 포장 소프트웨어)와 함께 착탈 가능한 저장 매체로서 임의의 형태로 분배되고, 컴퓨터 시스템(예컨대, 시스템 ROM 또는 고정 디스크 상에서)으로 사전 로딩되거나, 또는 통신 시스템(예컨대, 인터넷 또는 월드 와이드 웹)을 통해 서버 또는 전자 게시판으로부터 분배될 수 있다.
코일들로 필라멘트 재료를 와인딩하는 장치 및 방법의 여러 실시예들이 여기에서 설명되고 예시되어 있다. 특정한 실시예들이 설명되었지만, 발명은 기술이 허용하는 만큼 범위가 넓고 명세서가 마찬가지로 판독된다고 의도되는 것처럼, 발명은 이에 제한된다고 의도되지 않는다. 따라서, 특정한 유형들의 디바이스들이 와인딩 프로세스에서 맨드릴 상에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이를 결정하기 위해 개시되었지만, 다른 길이 카운팅 디바이스들이 또한 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로, 다른 수정들이 청구된 대로 그 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 제공된 발명에 대해 이루어질 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 것이다.
10: 와인딩시스템 24: 길이 카운터
24A: 휠 26: 버퍼
26A, B: 시브 29: 필라멘트 재료
30: 제어기 30B: 디스플레이
31: 스핀들 31A: 맨드릴
32: 트래버스 33, 34: 인코더
35: 크랭크 암 36: 연결 봉
38: 트래버스 모터 39: 캠 박스
40: 트래버스 드라이브 41: 기준 신호
44: 카운터 회로 100: 페이아웃 홀
105: 페이아웃 튜브

Claims (20)

  1. 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치에 있어서,
    코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상으로 연장된 페이아웃 홀(payout hole)을 가진 8자 모양 코일 구성(figure-eight coil configuration)으로 상기 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축을 중심으로 회전 가능한 맨드릴 및 상기 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스;
    상기 맨드릴 주위에 와인딩될 때 상기 코일의 직경을 측정하기 위한 측정 디바이스로서, 상기 측정 디바이스는 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이를 측정하도록 구성된 제 1 센서를 포함하고, 상기 맨드릴 주위에 상기 필라멘트 재료의 길이의 와인딩 동안 상기 맨드릴의 각 변위(angular displacement)를 측정하도록 구성된 제 2 센서를 포함하고, 상기 측정 디바이스는 시간 기간에 걸쳐 상기 제 1 센서에 의해 측정된 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이와 상기 시간 기간에 걸쳐 상기 제 2 센서에 의해 측정된 상기 맨드릴의 상기 각 변위의 비율에 기초하여 상기 코일의 직경을 결정하기 위한 직경 결정 유닛을 포함한, 상기 측정 디바이스; 및
    일정한 직경을 가진 상기 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 상기 8자 모양 구성의 코일에서 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하도록 상기 측정된 코일의 직경에 기초하여 상기 맨드릴의 회전에 대하여 상기 트래버스의 왕복 움직임을 제어하기 위한 제어기를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 상기 필라멘트 재료의 길이에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 상기 맨드릴의 각 변위에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코일의 직경은 상기 제 1 센서에 의해 생성된 두 개의 연속 펄스들 사이의 상기 제 2 센서에 의해 발생된 펄스들의 양에 기초하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 센서에 의해 생성된 상기 펄스들의 양은, 상기 필라멘트 재료의 길이가 상기 제 1 센서에 의해 생성된 두 개의 연속 펄스들 사이에 대응하는 도수의 실행 평균인, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 트래버스를 제어하여 상기 8자 모양 구성의 코일에서 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하고, 곧은 구성을 가진 상기 방사상 페이아웃 홀을 형성하도록 구성되는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 트래버스를 제어하여 상기 코일의 각 층에서 8자 모양들의 수가 상기 코일의 내부 층에서 상기 코일의 외부 층으로 증가하도록 구성되는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각 층에서 상기 8자 모양들의 수는 상기 코일의 내부에서 외부 층으로 선형적으로 증가하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    각 층에서 상기 8자 모양들의 수는 상기 코일의 내부에서 외부 층으로 비-선형적으로 증가하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  11. 코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상 연장된 방사상 페이아웃 홀을 가진 8자 코일 구성으로 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축 주위를 회전 가능한 맨드릴 및 상기 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스 상에서 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법에 있어서,
    상기 맨드릴 주위에 필라멘트 재료를 와인딩하도록 상기 스핀들 회전축 중심으로 상기 맨드릴의 회전을 제어하는 단계;
    상기 필라멘트 재료가 상기 맨드릴 주위에 와인딩될 때 상기 코일의 직경을 측정하는 단계로서:
    시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이를 측정하는 단계; 및
    상기 시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴의 각 변위를 측정하는 단계; 및
    상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 측정된 길이와 상기 맨드릴 주위의 필라멘트 재료의 길이의 와인딩 동안 상기 맨드릴의 측정된 각 변위의 비율에 기초하여 상기 코일의 상기 직경을 결정하는 단계를 포함하는, 상기 코일의 직경을 측정하는 단계; 및
    상기 직경의 측정치에 기초하여, 일정한 직경을 가진 상기 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하도록 상기 맨드릴의 회전에 대하여 상기 트래버스의 왕복 움직임을 제어하는 단계를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 트래버스의 왕복 움직임을 제어하는 단계는 곧은 구성을 가진 상기 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 8자 모양 구성의 상기 코일에서 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하는 단계를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 트래버스의 왕복 움직임을 제어하는 단계는 상기 코일의 각 층에서 8자 모양들의 수가 상기 코일의 내부 층에서 외부 층으로 증가하도록 상기 8자 모양 구성의 상기 코일에서 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하는 단계를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    각 층에서 상기 8자 모양들의 수는 상기 코일의 내부에서 외부 층으로 선형적으로 증가하는, 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    각 층에서 상기 8자 모양들의 수는 상기 코일의 내부에서 외부 층으로 비-선형적으로 증가하는, 필라멘트 재료를 와인딩하는 방법.
  18. 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치에 있어서,
    코일의 내부에서 외부 와인드로 방사상 연장된 페이아웃 홀을 가진 8자 코일 구성으로 상기 필라멘트 재료를 와인딩하도록 스핀들 회전축을 중심으로 회전 가능한 맨드릴 및 상기 스핀들 회전축에 대하여 일정한 간격으로 왕복하는 트래버스;
    상기 맨드릴 주위에 와인딩될 때 상기 코일의 직경을 측정하기 위한 측정 디바이스로서, 상기 측정 디바이스는 시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 필라멘트 재료의 길이와 상기 시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴의 각 변위의 비율에 기초하여 상기 코일의 상기 직경을 결정하기 위한 직경 결정 유닛을 포함하는, 상기 측정 디바이스; 및
    일정한 직경을 가진 상기 방사상 페이아웃 홀을 형성하기 위해 8자 모양 구성의 상기 코일에서 상기 맨드릴 상에 상기 필라멘트 재료를 와인딩하도록 상기 측정된 코일의 직경에 기초하여 상기 맨드릴의 회전에 대하여 상기 트래버스의 왕복 움직임을 제어하기 위한 제어기를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는 상기 시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 상기 필라멘트 재료의 길이를 측정하도록 구성된 제 1 센서를 포함하고, 상기 제 1 센서는 상기 맨드릴 주위에 와인딩된 상기 필라멘트 재료의 길이에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 시간 기간에 걸쳐 상기 맨드릴의 상기 각 변위에 구성된 제 2 센서를 더 포함하고, 상기 제 2 센서는 상기 필라멘트 재료의 길이의 와인딩 동안 상기 맨드릴의 상기 각 변위에 대응하는 일련의 펄스들을 생성하도록 구성된 인코더를 포함하는, 필라멘트 재료를 와인딩하기 위한 장치.
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