Optoelectronics yarn detecting device

【発明の詳細な説明】 説明 この発明は、請求項１の一般的な項（ジェネリック・
クローズ:generic clause）において定義されたタイプのオプトエレクトロニクス糸（ヤーン:yarn）検出装置に関するとともに、請求項26において定義された糸貯蔵及び供給装置に関する。

糸貯蔵及び供給装置の環状間隙内の糸の通過を検出するため、従来から公用されているオプトエレクトロニクス糸検出装置は、発光ダイオードの形態の光源と、ホトダイオードあるいはホトトランジスタの形態の受信器とを有する。 受信器表面と対向して配置された集光レンズは、平行光束（光ビーム:light beam）を焦点に集めるように設計されており、そして無限に深い円筒形検出領域を検視する。 糸側の集光レンズの焦点は、無限遠に位置されている。 受信器あるいは検出器は、臨界値（thre
shold value）にセットされている。 受信器表面上の明るさの予め定められた変化は、動作信号、例えば、検出領域内に位置されたそれぞれの物体によって反射して発される、受信器表面上に均一に分布されている光の発生となる。 動作信号は極めて弱く、信号がさらに処理されることを許容するためには、それらを増幅するとともにノイズを抑制するためにとられるべき多くの手段を必要とする。 現代の織物機械における高速な糸速度の点からみて、このようなタイプの検出装置は、限定された有用性しかない。 それらは特に、外部の効果とよごれによって影響を及ぼされる。 重大な不利な点は、けば（フラッフ:fluff）あるいは糸くずの房（リント・タフツ:lint
tufts）に応答して擬似信号を発生する傾向があることである。 なぜならば、そのような異物が糸より強くない光を反射するときでさえ、装置は、糸とそのような異物との差異を識別することができないからである。 このことは、短い距離にある少量の異物と長い距離にある大量の異物とが、適正な距離に配置された糸と同量の光を反射するからである。

米国特許番号第3,401,267号は、織物機械における経（たて）糸のためのオプトエレクトロニクス糸検出装置を開示しており、そこにおいては、円筒状検出領域の深さは、織られた織物の幅に等しい。 経糸あるいは大量の異物によって反射される光は、集光レンズによって集められて、受信器表面に均一に分布される。 光が十分な明るさがあるとき、動作信号が発生される。

米国特許番号第4,300,599号、米国特許番号第3,853,4
08号及び米国特許番号第4,378,161号から知られる糸検出装置は、原理において同じ方法で作動する。 糸が通過するとき、これらの糸検出装置の動作信号は、受信器表面上の明るさの差異からのみ得られる。

動作信号の弱さと異物の存在への敏感さは、事実上無限遠へ延長する過度に深い検出領域を検視し、受信器表面上の明るさの変化を基礎として信号を発生することの原理から、これらの糸検出装置になり、ここでは臨界値は規準として使用される。

EP-A3-0188760から知られる装置においては、移動する材料織物上の目的の線、例えばバーコードは、イメージング光学の手段によって走査されて、目的の線に含まれている情報が決定される。

EP-A3-0162134によれば、織られた織物の二次元の細片が、移動走査ヘッドの手段によって織機内で連続的に走査されて、織地の欠陥を検出する。 この目的のために適した光学装置は、検出装置側に設けられる。 各細片から情報を得るために、走査線上の光度値が評価される。

EP-A2-0271728から知られる糸特性を測定及び監視するための方法は、イメージ・センサの助けで、糸部分のある瞬間の画像をとるステップと、厚く、丸く、捻れて、突出した繊維か、延長部かを検出するために後者を変換するステップとを有する。 静止した糸は検査され、
また後者が長さ方向に移動するとき、ある瞬間の画像がとられるか、あるいはストロボスコープが一連の画像を得るために使用されて、そして画像が変換される。

最後に述べた三つの場合は、存在する物体のイメージからとることができる情報が決定される。 物体は存在すると推測されるが、物体のイメージは、物体の通過、存在あるいは不存在から動作信号を得るために形成されない。

本発明の目的は、糸貯蔵及び供給装置のオプトエレクトロニクス検出装置を提供することであり、それはノイズの影響に敏感でない、強くかつ誤りのない動作信号を発生できるべきである。

この目的は、請求項１に述べられた特徴を有する装置によって達成される。

受信器表面上に形成される糸の鮮明なイメージは、糸が存在しないときに得られるイメージとは明確に異なっている、際だったハイコントラストのイメージである。

評価処理においてこれは、糸が存在しないときの基礎信号から明らかに逸脱する強い動作信号になる。 糸貯蔵及び供給装置内において糸で仕事をする際に避けることができない検出領域内のいかなるけばのイメージも、イメージング光学が使用されるときには、受信器表面上に糸のイメージとは異なって生じ、そしてそれは評価処理において考慮されてよく、それゆえに、糸とけばとの間の区別をすることができて、“擬似”動作信号の発生を抑制する。

検出領域に置かれる焦点深度の結果として、イメージング光学は、検出領域の前あるいは後ろにあるけばを無視するので、そのとき“擬似”動作信号はまた、避けることができる。

有利な実施例は、請求項から知ることができる。

本発明の主題の実施例は、添付の図面を参照して、例示の方法で今から説明されるであろう。

図１は、オプトエレクトロニクス検出装置の種々の適用を示す、糸貯蔵及び供給装置の概略側面図を示す。

図２は、検出装置の拡大断面図を示す。

図３は、イメージ変換器を含む検出装置の構成部材の概略説明図を示す。

図4a、図4bは、図２の検出装置の操作における二つの様相を示す。

図5a-dは、検出装置のイメージ変換器の配置の四つの可能性を示す。

図6A-Dは、図５の実施例の機能を説明するための四つの概略説明図を示す。

図７は、検出装置の他の実施例の概略説明図を示す。

図１に描かれた糸貯蔵及び供給装置１は、異なった機能を達成するための三つの検出装置Ｆが備えられている。 装置１は、貯蔵表面３上に糸を巻回して貯留糸８を形成するために、貯蔵表面３上に駆動機構２を介してそれに供給される糸７を巻回するための、駆動機構によって回転される巻回素子４を有する。 糸７は、リング５によって形成された環状間隙９を通り、そして糸案内アイレット（eyelet）６を通って、軸方向に貯留糸８から引き出される。 リング５内に配置されたオプトエレクトロニクス検出装置Ｆは、各回転の所定の位置において糸７
の通過を検出するとともに、例えば引き出される糸の長さ、糸の速度を計算したり、あるいは糸の破断を検出したりするために使用されてよい出力信号を発生する。

巻回素子４に連携する他のオプトエレクトロニクス検出装置Ｆは、糸７の通常の通過と駆動機構２の巻回素子４の運転速度を、それぞれ検出するために使用される。
この検出装置はまた、糸の通過を示す出力信号が、定められた瞬間に現れないときに、糸の遮断を示すために使用される。 この検出装置は、糸７が巻回素子４を離れるときに糸７を監視して、それによって、上流における糸の遮断や巻回速度又は巻回数を検出してもよいか、あるいは貯留糸８の少なくとも最初の糸巻回の接近を監視して、それによって、上流における糸の遮断を検出してもよいかのどちらかである。 両方の場合において、検出装置Ｆはまた、糸の直線状の前進を定めるために寄与する。

第三の検出装置Ｆは、貯蔵表面３の外側の支持部上に固定的に取り付けられるとともに、貯留糸８上に向けられている。 それは、空所によって妨げられるかもしれない細長い物体として糸供給が現れる、細片形状検出領域を監視する。 光源10は、集光レンズ11を含む対物レンズの助けで、検出装置Ｆが光感受性受信器表面12上に物体のイメージを発生することができるように、検出領域を照らす。 イメージ変換器13は、後述されるように、イメージを種々の出力信号に変換する。 三つの検出装置Ｆ
は、この種の検出装置の多数の可能な適用の選択を示す。 これらの検出装置の全ては、複数の糸、単一の糸あるいは糸のちょうど一部を走査することによって、出力信号を発生するために使用されるとともに、例えば織機のような織物機械においてばかりでなく、種々の織物機械の補助装置において使用することができる。

図２は、リング５に取り付けられた検出装置Ｆの断面図を示す。 光源Ｌは、斜めの通路14を通り、糸７がその長さ方向で横切って通過する環状間隙９内へその光を照らす、発光ダイオード10を使用する。 入射光と反射光の角度は、両方とも20°である。 例えばホトダイオードあるいはホトトランジスタのような受信表面16を有する光感受性素子15が、開口止め部として作用する内部裏打ち管17の端部に配置されるとともに、照らされた糸７上に向けられていて、管17の他方の端部には、例えば集光レンズ18であるオプティカル・イメージング装置が設けられている。 集光レンズ18の光軸20は、受信表面16及び糸７上に向けられている。 さらにオプティカル・イメージング装置18の他方の側に設けられているものは、好ましくは光吸収材料で裏打ちされた通路形状の開口止め部19
である。 環状間隙９の幅Ｗは、例えば5mmであってよい。 オプティカル・イメージング装置18の焦点深度は、
この幅に対応して選択され、イメージング装置18によって走査される検出領域は、例えば糸７の幅に対応するために、横方向でさらに制限される。 かくして検出領域は、少なくとも横方向において、その光学的な深度とその幅との両方によって定められる。

糸７が検出領域に入るとき、オプティカル・イメージング装置18は、受信表面16上に糸の明瞭なイメージを創り出すために作動し、それからこのイメージは、光感受性素子15によって出力信号に変換される。

図３に示すように、対物レンズＪによって示されるオプティカル・イメージング・システムＡは、物体を示す矢印BFとして図示された糸７のイメージBF′を、受信表面16上に創り出す。 少なくとも両凸集光レンズ11を含んで示される本場合においては、物体側とイメージ側の対物レンズＪの焦点F ₁ ,F ₂はそれぞれ、対物レンズＪと環状間隙９との間と、対物レンズＪと受信表面16との間に配置されている。 物体BFのイメージは、受信表面16上に転置された配置であるとともに、調節可能に拡大あるいは縮小されて投射され、かつ光感受性素子15によって、
出力信号に変換される。 検出領域は、環状間隙９の深さに対応するか、あるいはそれより少ない幅Ｂ及び深さＴ
を有する。 開口止め部19、17は、イメージBF′の解像力を改善し、検出領域内に焦点深度を集中する。 さらに開口止め部17、19は、さもなければ集光レンズ11のひずみ境界部位によって引き起こされる可能性のあるイメージのひずみを補償する。

図4aに示されるように、明確に定められたイメージB
F′は、受信表面16のほぼ全部を覆う。 水平にハッチングをされた角部のみが、イメージBF′の境界の外側にある。 光感受性素子15は、その境界内でイメージを評価するとともに、例えばデジタル１である出力信号を発生するように作用するイメージ変換器BWとして設計されているか、あるいはイメージ変換器BWと組み合わされている。 イメージ変換器BWが、図4aの上部において、受信表面16を示す細かくハッチングされた正方形によって示されるような、その明確に定められた境界内のイメージの定められた光の強さを検知するときにのみ、出力信号１
が発生される。

上記に対照するとともに、図4bに示されるように、けばや糸くずの房が検出領域にはいるとき、そのイメージ
BV′は、イメージBF′より、より大きな寸法を持つであろう。 しかしながら、糸くず房のより大きな光透過性のために、受信表面16上のイメージBV′は、減少された明るさをもつ。 イメージ変換器は、この減少された明るさを検出し、それは有用な出力信号S ₁を発生することができず、その代わりにそれは、例えばデジタル０であるベース信号S ₂あるいは他の信号を発生する。

図５に示すように、イメージ変換器BWは、できるだけ効果的にイメージが走査されるようにされた一列に、あるいはマトリックスの形状に配設された複数の光感受性素子から構成されている。 図5a及び図5bの実施例において、イメージ変換器BWと連携される受信表面16は、R1、
R2、R3の三行に並んだ光感受性素子である絵画素21よりなるとともに、例えば左から右へこれらの行を順次走査するように操作可能とされた制御回路（図示せず）に連結された二次元のマトリックスとして設計されている。
図5aによれば、貯留糸のイメージBF′ _８は、その長さ方向の両端部に隣接する非発光絵画素をもった細長い長方形を形成する。 幅Ｂの対応する検出領域は、図6Aに示されるように、それを横切って延長するとともに、狭い隙間によって互いに間隔を開けられた糸７の五つの巻回を有する。 この配設は、イメージBF′ _８の構成となる。 各順次の走査中に、イメージ変換器BWは、図5aの右側に電圧対時間図として示されるように、イメージBF′ _８をデジタル信号列に変換する。 信号列は、列の両端部においては顕著な信号をもたない、五つの顕著な信号よりなる。 ある瞬間に指定された信号t ₁は、走査方向において貯留糸８の開始を表し、時限t _xは、貯留糸の大きさあるいは巻回数にそれぞれ対応し、そしてt ₂は、貯留糸の終了を表す。 信号列の信号の絶対値ばかりでなく信号t ₁ 、
t _x及びt ₂も、貯留糸８の大きさ及び検出領域内のその位置を表示する。

次の走査の通過あるいは次の走査の通過の一つは、貯留糸８が、具体的には図6Bに示されるように右側の端部から引き取られて、二巻回に減少されたことを示す。 このことは、図5bに示されたイメージBF′ _８が、それに対応して小さくなり、イメージ変換器BWのマトリックスにおいてより少数の絵画素を覆うことになる。 図5bの右側の線図において示される信号列は、二つの顕著な信号だけを含んでいる。 ある瞬間のt _w及び時限t _x1は、それぞれ対応する従前の検出値t ₂及びt _xと異なっているので、
例えばマイクロプロセッサによってそれぞれの信号を比較することによって、イメージの大きさの減少とこの減少の方向との両方を、検出することが可能である。 図１
に示される巻回素子４は、再び貯留糸８を増加するために、比較の結果に応じて作動されてよい。 順次の走査の作動が、貯留糸８が定められた大きさを越えて増加したことを示すときには、駆動機構（図１）は再び停止される。 実際の作動においては、順次の走査は、適正な速度で糸巻回素子４の連続的な作動を制御するために、通常は行われている。 例えば糸の破断である機能不全の場合のように、制御回路によって走査されたイメージBF′ _８
の大きさの減少あるいは増加を、もはや補償することができないときには、走査信号は、機能不全警告あるいは停止信号を発生するために使用されるであろう。

図5c、図5d、図6C及び図6Dによれば、絵画素素子21よりなる一次マトリックスＲは、検出領域の幅Ｂを横切って延長する糸７の移動の速度及び方向を、対応する出力信号（時限dt及びデジタル“1"）へ変換するために使用され、（図１における、巻回素子４に連携される検出装置Ｆの手段によって）引き取られあるいは巻回される糸の糸速度あるいは長さは、それから決定される。 出力信号は、マイクロプロセッサによって処理されて、それから過度の不規則や明かな欠陥の場合においては、機能不全警告信号や停止信号を発生するために使用されてよい。

絵画素素子21の一次マトリックス（図5c、図5d）はまた、貯留糸８を監視するために使用することができるであろう。 しかしながら図5a、図5bに示される二次元マトリックスは、特に顕著かつ強い信号を発生し、さもなければそれぞれ受信表面16またはイメージ変換器BWに関して、対物レンズＪの光軸の若干の不正確な整列からでさえ生ずるかもしれない問題を避けるという有利性を提供する。

図5c及び図5dにおいて示されるように、連続する走査サイクルの間の糸７のイメージBF′の移動は、イメージ
BF′の存在を表す単一の出力信号が、異なった時点で表れる信号列になる。 時差dtは、移動の速度及び方向を決定するために使用される。 糸７の正確な存在は、同時に検出される。 なぜならば、けばあるいは他の異物は、簡単に識別できる異なった信号の発生になるであろうからである。

図5dにおいて、絵画素素子21の線形の配列Ｒの限定された長さＡだけが有効であり、その一方でＤで示された部位が、有効でなくされて、それによって走査長さを減少することが、線図的に示されている。 同じ減少が、図
5a、図5bにおいて示される二次元マトリックスの場合においてもまた達成することができる。 さらに走査操作の解決は、適正なマトリックスの制御回路内の作動選択部位の手段によって、一次あるいは二次元マトリックス内の連続する絵画素素子21を、択一的に有効にしたり有効でなくしたりすることによって変形されてよい。 この方法において、検出領域の幅を、図6Dに示される幅B ₁に減少することが可能であり、隣接する領域Ｄは無視される。 しかしながらまた、オプティカル・イメージング・
システム18の開口止め部17、19あるいは対物レンズＪの適当な調節によって、検出領域を制限することも可能である。

図７において、レーザー光源Ｑは、環状間隙９を通り、受信表面16上にコヒレント光22のビームを向けるために使用される。 コヒレント光22のために、糸７のイメージBF′は、イメージ変換器BWによるその信頼できる評価性のために、十分に明確に定められ、それはまた、二次元あるいは一次マトリックスの形状で設計される。

図２及び図３による検出装置と、正確に定められた検出領域をもたない集光レンズを含む検出装置との比較。

前提:0.4mmの直径と30％の光減衰をもった糸;4mmの直径と６％の光減衰をもったけば房；受信表面16の大きさは、糸７の直径に対応して選択され、そこでオプティカル・イメージング・システム18によって発生されるイメージは、受信表面16の全てを覆う。 既知の検出装置は、
集光レンズを含み、6mmの直径を有する円筒状空間を走査する。

既知の検出装置において、検出領域の断面領域は、かくして約27mm ²であり、その一方で、検出領域内で糸によって占められる領域は、約2.4mm ²である。 このことは、糸の場合において約2.6％の変調となる。 けば房は約12mm ²の領域を占め、同様に2.6％の変調となる。 これは、けば房は糸と同じ光変調となるけれども、その光減衰は、糸のそれの単に1/5である。 かくして検出領域内におけるけば房の存在は、既知の検出装置に擬似信号を発生することを引き起こす。

本検出装置の場合においては、検出領域は0.13mm ²に限定されるが、その一方で、検出領域内で糸によって占められる領域は、同様に0.13mm ²であり、すなわち糸は、完全に検出領域を占めて、そのイメージは、受信表面を全て覆う。 糸の光変調は、30％である。 検出領域のけば房は、単に0.13mm ²の領域を越えて走査され、単に６％の光変調になる。 機能５による差異は、光感受性素子に、糸とけば房との間の識別を可能とさせ、擬似信号の発生を抑制させることができる。

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