JP4261285B2

JP4261285B2 - 糸の異物検出装置

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Publication number: JP4261285B2
Application number: JP2003297007A
Authority: JP
Inventors: 一彦中出; 恵次吉川
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP2005068568A; CN1584180A; EP1508798A1

Description

本発明は、紡績糸に混入する異物を検出する異物検出装置に関するものである。

綿などの繊維を集合し、その集合体に撚りをかけて糸に仕上げる紡績機では、紡績部から巻取りボビンへ走行する糸の異常を検出する検出装置が配置され、糸に異常が発生するとその異常を検出装置で検出して糸を切断し、異常部を除いた後撚り合わせなどで接続して糸の仕上げを続行することが行われている。

このような糸の異常を検出する一つの装置として、たとえば黒ずんだ異物繊維および明るい異物繊維の混入を検出するために、走行する糸に光を照射し、糸からの反射光と糸を透過した透過光を受光し、その両受光量から斯かる異物繊維の混入を検出する装置が知られている。この装置は黒ずんだ異物繊維があると反射光の受光量および透過光の受光量ともに微小に減少し、また明るい異物繊維があると反射光の受光量および透過光の受光量ともに微小に増加する現象を利用するもので、反射光の受光変化量と透過光の受光変化量とを加算し、その加算結果でその異常を検出するものである。
特許第３１７６９２３号公報

この場合、光源として可視光線を発生する光源（一般的には可視光線の中間波長領域の緑色の光源）を用いると色の違う異物を検出することが可能である。

しかし、可視光線を発生する光源を用いた異物異常の検出では、糸の太さによって反射光の受光量と透過光の受光量が異なるため、たとえば異物の混入によって糸の太さが太くなったような異常などを検出するには、単なる糸の太さ欠点と区別するために、反射光の受光量と透過光の受光量を加算する処理が必要になるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、糸に混入する異物を簡素な構成で精度高く検出することを可能にし、斯かる問題を解消する点である。

本発明は、走行する糸に紫外線を照射する投光手段と、前記投光手段から照射した紫外線のうち前記糸で反射される紫外線の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する反射光受光手段とを備えた糸の異物検出装置であって、前記糸は、その主成分を白色の綿糸であり、前記投光手段は走行する糸に異なる方向から紫外線を交互に照射する２つの投光手段を有し、前記各投光手段から照射した紫外線のうち前記糸で反射される紫外線の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する少なくとも２つの受光手段を備えてなることを最も主要な特徴とする。

本発明に係る糸の異物検出装置は、走行する糸に紫外線を照射し、その紫外線の糸からの反射光量で糸に混じる異物を検出するので、異物を検出する精度が高められるとともに、反射光の受光量と透過光の受光量を加算する処理が必要でなく、異物検出装置の構成を簡素化することができる。紫外線は、原料として綿繊維を含む糸の太さによる反射光量の変化が極めて小さく、また、様々な色の同質の繊維や白色ポリプロピレンフィルムなどの異質の白色物体に対して、反射光量の変化が大きく、したがって、反射光量を検出するだけで精度の高い異物異常検出装置を得ることができる。

糸に混入する異物を簡素な構成で精度高く検出する目的を、走行する糸に紫外線を照射し、その紫外線のうち糸で反射される紫外線の反射光量を受光することにより実現した。

図８は、緑色光ａ、紫外光ｂ、赤外光ｃ、白色光ｄ、青色・赤色同時光ｅ、赤色光ｆ、青色光ｇの各光源別に、白色綿糸の反射量を基準として、黒糸、赤糸、黄糸、緑糸、濃い緑糸、青糸、淡い青糸の各色糸、およびレーヨン糸、ポリエステル糸（ＰＥ蛍光）、ポリエステル仮撚り糸（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）フィラメントからなる糸といった各種白色合繊糸、白色ポリプロピレンフィルム（ＰＰ）について反射量の変化率を調べた結果を示すものである。

図８から明らかなように紫外光ｂは、他の各光源に比して各色糸において高い変化率を示し、特に綿とは材質を異にする各種白色合繊糸、白色ＰＰフィルムにおいてはその変化率は顕著であることが分かる。すなわち、紫外光ｂは糸に混じる異物を、糸からの反射光量を検出するだけで精度高く検出することができる。

図７（ａ）は、可視光線の中間部の波長である緑色の光源を用い、緑色の光を白色綿糸、黒糸、赤糸、緑糸およびＰＰフィルムに照射した場合、これらの糸で反射された反射光量（縦軸）を照射対象物の太さ（横軸）との関係について調べた結果を示すもの、また、図７（ｂ）は紫外線を発生する光源を用い、紫外線を綿糸、黒糸、赤糸、緑糸およびＰＰフィルムに照射した場合、これらの糸から反射された反射光量（縦軸）を照射対象物の太さ（横軸）との関係について調べた結果を示すものである。ただし、計測の都合により図７（ａ）と図７（ｂ）における縦軸のスケールが異なることに注意が必要である。

白色綿糸（白四角で示す）について、緑色の光を照射した場合には、図７（ａ）に示すように透過光量（太さ）が増加するにつれて反射光量は増加するが、紫外線を照射した場合には、図７（ｂ）に示すように全体的に反射光量が緑色の光を照射した場合に比べて極めて小さく透過光量（太さ）が増加してもその変化は極めて小さく、むしろ増加するにつれて多少減少する。

ＰＰフィルム（黒三角で示す）に対し緑色の光を照射した場合は、図７（ａ）に示すように反射光量は白色綿糸の反射光量の２倍程度であるにもかかわらず、ＰＰフィルム、白色綿糸いずれも透過光量（太さ）に対し比例して増加する。このことはＰＰフィルムが白色綿糸に混入している場合、反射光量が増加してもその変化は綿糸の太さ変化による変化量と大差なく反射光量の変化だけでは到底、区別できないことを示している。

一方、紫外線を照射した場合には、図７（ｂ）に示すように白色綿糸の反射光量に比してはるかに大きい反射光量（４倍以上）を示す。さらに白色綿糸の反射光量が太さ変化に対してきわめて小さくむしろ減少するのに比べてＰＰフィルムの反射光量は透過光量（太さ）に比例して増加する。このことは白色綿糸の太さにかかわらず、ＰＰフィルムの混入量に比例して反射光量が増加することを示している。

すなわち、白色綿糸と同じ白色のＰＰフィルムが異物として混入する場合は緑色の光の照射では、反射信号と合わせて糸の太さ情報を用いても混入の有無を検出することが極めて難しいのに対して、紫外線の照射ではＰＰフィルムの混入時の反射光量変化が極めて大きいため、反射光量の変化のみでその混入を容易に検出できることが分かる。

また、黒糸（黒丸で示す）、赤糸（×で示す）の場合、緑色の光の照射では反射光量は白色綿糸のマイナス１倍程度で、光は吸収されるがその変化は白色綿糸の反射信号変化と同様に糸の太さに比例する。すなわち、白色綿糸に黒糸、赤糸が混入した場合、反射光量は混入率に比例して変化するが、太さ変化の影響も受けるので、糸の太さを知る必要があり、反射光量だけでこの異物を検出することはできない。まして緑糸（白三角で示す）の場合は、白色綿糸の半分ほどの反射光量があるので混入の検出自体が難しい。これに対して紫外線の照射では黒糸、赤糸では白色綿糸の５倍以上、緑糸では３倍以上の差があり、反射光量のみでその混入が検出できる。

図１は本発明の実施例に係る糸の異物検出装置のブロック回路、図２は図１に示すブロック回路のタイミングチャート、図３は図１に示すブロック回路の動作説明図、図４は検出部（センサヘッド）の構成を示す構成図である。図１において、１は糸、ＵＶ１およびＵＶ２は紫外線を発生するＬＥＤなどの光源、ＰＤ１およびＰＤ２は受光素子、Ａ１およびＡ２は増幅器、ＳＷ1〜ＳＷ４はスイッチング素子、２ａ〜２ｄはハイパスフィルタ回路、３ａ〜３ｄはサンプルホールド回路、４ａおよび４ｂは加算器、５は発信器、６は時分割回路、７ａおよび７ｂはＵＶ光源駆動回路である。光源ＵＶ１およびＵＶ２は糸１に対して異なる方向から照射し、受光素子ＰＤ１は光源ＵＶ１から照射された糸１を透過した透過光と光源ＵＶ２から照射された糸１で反射した反射光を受光する。受光素子ＰＤ２は光源ＵＶ２から照射された糸１を透過した透過光と光源ＵＶ１から照射された糸１で反射した反射光を受光する。

時分割回路６は発信器５の出力パルスを分割し、ＵＶ光源駆動回路７ａ、スイッチング素子ＳＷ１およびＳＷ４、サンプルホールド回路３ａおよび３ｄを同時に、ＵＶ光源駆動回路７ｂ、スイッチング素子ＳＷ２およびＳＷ３、サンプルホールド回路３ｂおよび３ｃを同時に交互に駆動する。ＵＶ光源駆動回路７ａの駆動により図２に示すように、光源ＵＶ２が紫外線を発生して、糸１に照射する。受光素子ＰＤ２は糸１を透過した紫外線を受光し、受光量に応じた信号を出力する。受光素子ＰＤ１は糸１により反射した紫外線を受光し、受光量に応じた信号を出力する。このとき、スイッチング素子ＳＷ1とＳＷ４が閉じられており（スイッチング素子ＳＷ２とＳＷ３は開）、受光素子ＰＤ２の透過受光量に係る出力信号はハイパスフィルタ回路２ａを経てサンプルホールド回路３ａに保持され、受光素子ＰＤ１の反射受光量に係る出力信号はハイパスフィルタ回路２ｄを経てサンプルホールド回路３ｄに保持される。

つぎにＵＶ光源駆動回路７ｂが駆動され、この駆動により図２に示すように、光源ＵＶ１が紫外線を発生して、糸１に照射する。受光素子ＰＤ１は糸１を透過した紫外線を受光し、受光量に応じた信号を出力する。受光素子ＰＤ２は糸１により反射した紫外線を受光し、受光量に応じた信号を出力する。このとき、スイッチング素子ＳＷ２とＳＷ３（ＳＷ1とＳＷ４は開）閉じられており、受光素子ＰＤ１の透過受光量に係る出力信号はハイパスフィルタ回路２ｂを経てサンプルホールド回路３ｂに保持され、受光素子ＰＤ２の反射受光量に係る出力信号はハイパスフィルタ回路２ｃを経てサンプルホールド回路３ｃに保持される。

サンプルホールド回路３ａと３ｂに保持された信号は加算器４ａで加算して透過信号Ｆとして出力される。サンプルホールド回路３ｃと３ｄに保持された信号は加算器４ｂで加算して反射信号Ｒとして出力される。透過信号Ｆは糸１の太さ信号であり、反射信号Ｒは異物混入の有無を示す信号となる。

光源ＵＶ１、ＵＶ２、各スイッチング素子および各サンプルホールド回路を時分割回路６の出力パルスに同期させて駆動することにより、外部から侵入する光や他の光源（ＵＶ１又はＵＶ２）による影響を防止することができる。さらに２つの異なる方向から糸１の異物混入に対する監視を行うことができ、より確実な異物検出を可能とし、時分割回路６により、２方向からの入力信号を交互に入力することによって、全体として連続した異物監視を実現することができる。さらにまた、時分割回路６により、２方向からの入力信号を交互に入力することによって、反射光のみならず、透過光をも入力可能にすることができる。

いま、図３に示すように、糸１に太い部分１ａ、暗い異物が混入している部分１ｂ、明るい異物が混入している部分１ｃ、細い部分１ｄ、太く暗い異物が混入している部分１ｅがあるとすると、図３のＲに示すように、反射信号Ｒは、太い部分１ａおよび細い部分１ｄの変動は小さく、異物が混入している部分１ｂ、１ｃ、１ｅでは変動は大きく、これにより糸１の太さにかかわらず異物の混入を検出することができる。

また、図３のＦに示すように、透過信号Ｆは、太い部分１ａおよび細い部分１ｄ、および異物が混入して太い部分１ｅでは太さに比例して変化するが、異物が混入していても太さ変化のない１ｂ、１ｃでは変化はなく太さ変化のある部分１ｄでは太さに比例して変化する。これにより異物の混入にかかわらず糸の太さにかかる異常を検出することができる。

これに対して、可視光線を用いた場合、図３の可視光反射で示すように、反射信号は、黒い異物が混入している部分１ｂ、細い部分１ｃいずれも信号は小さくなり、反射信号だけではその区別はつかない。また、太い部分１ａ、明るい異物が混入している部分１ｃはいずれも信号は大きくなる。黒い異物が混入していても、太い部分１ｅは混入率と太さとにより信号変化は様々で、殆ど変化しない場合もある。いずれも、反射信号だけでの異物検出はできず、透過信号との加算等の処理が必要になる。

なお、この実施例では、糸１で反射される紫外線の反射光の信号を出力する反射光受光手段は、受光素子ＰＤ１およびＰＤ２、増幅器Ａ１およびＡ２、スイッチング素子ＳＷ３およびＳＷ４、ハイパスフィルタ回路２ｃおよび２ｄ、サンプルホールド回路３ｃおよび３ｄ、加算器４ｂからなる回路により構成しているが、光源ＵＶ１、ＵＶ２から照射された糸１で反射した反射光のみを受光する受光素子ＰＤ３をさらに設けるようにしても良い。図２のＰＤ３はこの場合の動作タイミングを示している。

図４は紫外線を発生する光源ＵＶ１およびＵＶ２、光源ＵＶ１およびＵＶ２からの紫外線を受光する受光素子ＰＤ１、ＰＤ２の配置構成を示すもので、これらの光源、受光素子は１つのケース８内に収納されている。ケース８は糸１を通す通過空間としての通路８ａ、通路８ａに糸１を挿入可能とする開口部８ａ１、光源ＵＶ１を設置する中空室８ｂ、光源ＵＶ２を設置する中空室８ｃ、受光素子ＰＤ１を設置する中空室８ｄおよび受光素子ＰＤ２を設置する中空室８ｅを備えている。なお、８ｈは反射光のみを受光する受光素子ＰＤ３を設けた場合の受光素子ＰＤ３を設置する中空室である。

各中空室８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｈは糸１に向けて開口され、中空室８ｄ、８ｅ、８ｈの開口部には可視光線カットフィルタ９が設けられており、少なくとも通路８ａの底面８ｆ、すなわち前記開口部８ａ１と対向する面は黒色とされている。これにより開口部８ａ１より入る光が前記通過空間を規定する内壁面で反射するのを抑制しつつ、光源ＵＶ１が発し、糸１を透過した紫外線のみを受光素子ＰＤ１で、糸１で反射した紫外線のみを受光素子ＰＤ２で受光し、光源ＵＶ２が発し、糸１を透過した紫外線のみを受光素子ＰＤ２で、糸１で反射した紫外線のみを受光素子ＰＤ１で受光する。受光素子ＰＤ３は光源ＵＶ１、ＵＶ２から照射された糸１で反射した反射光のみを受光する。

なお、実施例１では、糸の太さに対する異常を検出できるように透過信号Ｆを形成する回路を備えるが、異物混入異常を検出すれば足りる場合には、この回路を省略することができる。この場合、紫外線を照射する光源を１つとしてもよく、時分割回路を省略してもよい。

図５は本発明の他の実施例、すなわち図１に示す実施例において光源ＵＶ１、ＵＶ２から照射された糸１で反射した反射光のみを受光する受光素子ＰＤ３をさらに設けた場合の糸の異物検出装置のブロック回路、図６は検出部（センサヘッド）の構成を示す構成図である。なお、図１ないし図３に示す実施例１と対応する部分には同一の符号を付し、ここではその部分の詳細な説明は省略する。この実施例は、紡績糸の原材料となる綿繊維などを梱包する際の梱包材であるＰＰフィルムが混打綿工程で混入し、そのＰＰフィルムが撚られず糸が扁平状となった場合などの異物混入による扁平異常をより確実に検出するようにしたものである。

このような扁平異常は、実施例１に示すように２つの光源ＵＶ１およびＵＶ２と２つの受光素子ＰＤ１およびＰＤ２で検出が困難な場合がある。そこで、受光素子ＰＤ３を追加し扁平部分の向きにかかわらず扁平異常を検出することができるようにした点である。

すなわち、図５に示すブロック回路は、図１に示すブロック回路に、光源ＵＶ１およびＵＶ２から糸１に照射した紫外線の糸１で反射する両者の反射光を受光する受光素子ＰＤ３、受光素子ＰＤ３の出力信号を増幅する増幅器Ａ３、ハイパスフィルタ回路２ｆ、サンプルホールド回路３ｅを付加し、サンプルホールド回路３ｅに保持した信号を斯かる異常の検出信号Ｃとしたものである。

サンプルホールド回路３ｅは、時分割回路６から出力されるパルス信号ごとに駆動し、受光素子ＰＤ３で受光した光源ＵＶ１およびＵＶ２から糸１に照射され、糸１より反射された反射受光量に係る出力信号を図２のＰＤ３で示す動作タイミングで保持する。

光源ＵＶ１およびＵＶ２、光源ＵＶ１およびＵＶ２からの紫外線を受光する受光素子ＰＤ１およびＰＤ２および受光素子ＰＤ３の配置構成は図４に示す構成としてもよいが、図６（ａ）に示すように反射光のみを受光する反射光専用の受光素子ＰＤ３を通路８ａの底面８ｆに設置するようにしてもよい。なお、図６（ａ）において、図４に示す構成と対応する部分に同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。図６（ａ）に示す符号１０は、光源ＵＶ１およびＵＶ２から照射する紫外線を拡散する拡散板で、光源ＵＶ１およびＵＶ２から照射する紫外線をこの拡散板１０によりあらゆる方向に拡散して糸１に照射し、この拡散反射光を受光素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３で受光する。

図４および図６（ａ）に示す配置構成では、光源ＵＶ１、ＵＶ２は、走行する糸１と直交する平面上（平面視）で、走行する糸１を中心として挟角略９０度離れた位置に配置され、受光素子ＰＤ１は糸１を挟み光源ＵＶ１と対向する位置に、受光素子ＰＤ２は糸１を挟み光源ＵＶ２と対向する位置に、受光素子ＰＤ３は光源ＵＶ１、ＵＶ２が略９０度離れた間の位置にそれぞれ配置されている。

この配置により受光素子ＰＤ１は光源ＵＶ１の糸１を透過した光と光源ＵＶ２の糸１から９０度方向に反射する光を受光することができる。受光素子ＰＤ２は光源ＵＶ２の糸１を透過した光と光源ＵＶ１の糸１から前記９０度方向と反対方向に反射する光を受光することができる。受光素子ＰＤ３は光源ＵＶ１およびＵＶ２の糸１から受光素子ＰＤ１とＰＤ２の間方向に反射する光を受光することができる。すなわち、扁平異常に対して、その扁平部が現れる広い角度の範囲でその異常を検出することができる。

しかし、この配置ではその異物がたとえば光源ＵＶ１の光軸上に偏平断面形状が伸びた状態で検出位置にある場合、ＵＶ２からの光は、ＵＶ２側に反射するので、受光素子ＰＤ１は反射光を検出することができないし、また、受光素子ＰＤ２の受光面が、扁平状の糸１の面に対向するような関係にあるため、糸1に光源ＵＶ１から紫外光を照射しても、光は糸1の細い面に照射されてしまい、その光を受光秦子ＰＤ２に向かって反射させることができない恐れがある。

その恐れを解消するには、図６（ｂ）に示すように、走行する糸１と直交する平面上（平面視）で、走行する糸１を中心として、光源ＵＶ１、ＵＶ２との開き角θ３を９０度から１３５度内とし、光源ＵＶ１と光源ＵＶ１の反射光および光源ＵＶ２の透過光を受光する受光素子ＰＤ２との開き角θ１を９０度以内に、光源ＵＶ２と光源ＵＶ２の反射光および光源ＵＶ１の透過光を受光する受光素子ＰＤ１との開き角θ２を９０度以内に受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ１とが互いに近づく方向にそれぞれ配置し、受光素子ＰＤ３を光源ＵＶ１と光源ＵＶ２との間で、受光素子ＰＤ１とＰＤ２の糸１を中心とする挟角内（一点鎖線で示す範囲）に配置すればよい。この配置と拡散板１０の配置とにより最少の受光素子ですべての向きの扁平異常を検出することができる。

例えば、糸1にポリプロピレンフィルムが混入し、扁平状の形状で図示点線（図６（ｂ））のように光源ＵＶ１の光軸上に偏平断面形状が伸びた状態で検出位置にある場合、ＵＶ２からの紫外光のうち、糸１を透過した透過光は受光素子ＰＤ２で、糸１で反射した反射光は受光素子ＰＤ３で受光する。また、扁平状の形状で光源ＵＶ２の光軸上に偏平断面形状が伸びた状態で検出位置にある場合、ＵＶ１からの紫外光のうち、糸１を透過した透過光は受光素子ＰＤ１で、糸１で反射した反射光は受光素子ＰＤ３で受光し、３６０度のあらゆる位置に現れる扁平部を検出することができる。

なお、上述した各実施例では、紡績糸の原材料として、白色の綿糸（100％）を用いた場合を説明したが、これに限定されない。例えば、合繊の一種であるポリエステルを等長カットしたものと綿（両者ともに白色）とを混ぜて紡績系を生成する場合であっても本発明を適用することができる。

また、本発明は、走行する糸に紫外線を照射するので、特に、糸の原料として白色の綿繊維を含む場合、図７（ａ）（ｂ）から、白色綿糸に対しては、反射光量が少なく、しかも糸太さに対する影響が小さいにもかかわらず、異物混入時の反射光量変化が大きいので．反射光量を検出するだけで、様々な異なる色の同質の繊維や、特に，白色ポリプロピレンフィルムなどの異質の白色物体の混入を確実に検出する精度の高い異物異常の検出装置を得ることができる。

本発明に係る糸の異物検出装置のブロック回路図である。（実施例１）実施例に示すブロック回路のタイミングチャートである。実施例に示すブロック回路の動作説明図である。実施例の検出部の構成を示す構成図である。本発明に係る糸の異物検出装置のブロック回路図である。（実施例２）実施例２の検出部の他の構成を示す構成図である。反射信号と透過信号との関係を示す特性曲線図、（ａ）は緑光源、（ｂ）はＵＶ光源である。光源別反射信号変化率を示す図である。

符号の説明

１糸
ＵＶ１、ＵＶ２紫外光源
ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３受光素子
ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチング素子
２ａ〜２ｅハイパスフィルタ回路
３ａ〜３ｅサンプルホールド回路
４ａ、４ｂ加算器
５発信器
６時分割回路
７ａ、７ｂ紫外光源駆動回路
８ケース
９可視光カットフィルタ
１０拡散板

Claims

走行する糸に紫外線を照射する投光手段と、前記投光手段から照射した紫外線のうち前記糸で反射される紫外線の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する反射光受光手段とを備えた糸の異物検出装置であって、前記糸は、その主成分を白色の綿糸であり、前記投光手段は走行する糸に異なる方向から紫外線を交互に照射する２つの投光手段を有し、前記各投光手段から照射した紫外線のうち前記糸で反射される紫外線の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する少なくとも２つの受光手段を備えてなることを特徴とする糸の異物検出装置。
糸で反射される紫外線の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光手段が３つであることを特徴とする請求項１に記載の糸の異物検出装置。
投光手段から照射された紫外線のうち糸を透過した透過光を受光し、受光量に応じた信号を出力する透過光受光手段を備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の糸の異物検出装置。