(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸（３）に光ビーム（２）を投射し、そして、散乱によって少なくとも第１光波（４）を拡散し；
検出器（６）において第１光波（４）を第２光波（５）と重畳させ、第１及び第２光波（４、５）の周波数間のドップラー偏移を測定し；
透明体（１８）の面（１９）に沿って糸（３）を導入し、光ビーム（２）の光を透明体（１８）から射出させ、糸（３）から散乱させることによって、第１光波（４）を発生させる；
糸（３）の速度依存パラメータ測定方法であって、
透明体（１８）の面（１９）において光ビームの一部を散乱させることによって第２光波（５）を発生させることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
糸（３）に衝突する際の光ビーム（２）が、短い断面軸及び長い断面軸（２７、２６）を有する細長い断面軸を含み、長い断面軸（２６）が糸（３）と実質的に直交する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
長軸（２６）が少なくとも３ｍｍの長さ及び/又は短軸（２７）が最大限１ｍｍの長さを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１光波（４）を再び透明体（１８）に入射させた後、第２光波（５）と重畳させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
透明体（１８）の糸（３）と対向する面を粗面化し、この面における散乱によって第２光波（５）を発生させ、そして透明体（１８）の糸（３）と対向する面（１９）の粗度を糸（３）の長手方向に沿って連続的に又は段階的に変化させ、透明体（１８）と光源と検出器（６）の相対位置を変化させることによって検出器（６）からの信号が対比的に位置決めできるようにする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
光ビーム（２）をマルチモード半導体レーザーで発生させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
両光波（４、５）の一方を導入して位相変調器（３０）を通過させることによって速度の符号を検知する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
糸の速度、糸の長さ及び/又は糸の欠陥部分の長さ又は位置を測定することを目的とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項９】
速度の符号を考慮しながら糸の速度を積分することによって、糸の長さもしくは糸の欠陥部分の長さ又は位置を測定することを目的とする、請求項８に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項に上位概念として記載した糸速度依存パラメータ測定方法及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば巻き取られた長さのような糸速度依存パラメータを非衝突的に測定する方法として、糸走路に沿って互いに距離を隔てた２つの位置で同じパラメータを測定する相関方法が提案されている。得られた信号を互いに相関させることによって、２つの信号のタイムラグを求め、両位置間の既知の距離に基づいて糸の速度をも測定できるというものである。しかし、相関測定方法は特に高い糸速度を測定する場合に多大のコストを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題はこれに代わる測定方法を提供することにある。
【問題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は請求項１に記載の方法によって解決される。即ち、請求項に記載されているように、第１光ビームを糸に投射し、散乱によって少なくとも第１光波を発生させる。第１光波の周波数もしくは波長は糸の走行に伴ってドップラー偏移する。次いで、第１光波が第２光波と重畳するが、第２光波の周波数はドップラー偏移しないか、するとしても第１光波とは異なる態様でドップラー偏移し、うなり（Schwebung）もしくは周期的に変化する干渉が起こり、その周波数は糸の速度に直接依存し、測定可能である。
【０００５】
この測定方法はレーザー・ドップラー・アネモメトリ（ＬＤＡ）又はレーザー。ドップラー・ヴェロシメトリ（ＬＤＶ）と呼称される分野から公知である。
【０００６】
第１の好ましい実施形態として、糸において光ビームを第１及び第２光波（及び原理的にはさらに他の光波）に分割する。即ち、必ずしもビーム・スプリッタを別設する必要はない。この場合、糸の走行に伴って第１及び第２光波がそれぞれ異なる態様でドップラー偏移し、その結果、検出器において所要の周波数信号が得られることになる。
【０００７】
他の好ましい実施形態として、糸において散乱しなかった光から第２光波を得る。
【０００８】
好ましい実施形態として、糸に衝突する際の光ビームが、糸とほぼ直交する長軸を有する細長い断面形状を呈するように構成する。このように構成すれば、糸が測定領域から大きくはみ出る恐れを軽減する一方、糸の長手方向に沿った光照射野が比較的狭くなることで著しく異なる方向から光波が検出器に入射する恐れを避けることができる。その結果、測定信号周波数の鋭さを高めることになる。
【０００９】
本発明の方法は多様な目的に利用することができる。例えば、巻き取られる糸の長さ及び/又は糸の欠陥部分の長さ又は位置の測定に利用することができる。
【００１０】
尚、この方法では、速度を具体的に計算する必要も出力する必要もない。速度を具体的に計算しなくても、検出器によって検出された信号を直接処理、例えば、検出器が受信した信号の周期をカウントし、これを走行長さに亘って積分処理することができる。但し、この場合にも、請求項に記載されている「速度依存パラメータ」が測定される。
【００１１】
「散乱させる」又は「散乱」という概念は拡散性又は非拡散性屈折又は拡散性又は非拡散性反射などあらゆるタイプの光片偏向を含む。
【００１２】
本発明の方法の他の好ましい実施形態を従属請求項に記述するとともに、添付の図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示すＬＤＡ−センサーの実施形態は光ビーム２を発生する好ましくは半導体−レーザーから成るコヒーレント光源１を有する。光ビーム２は速度ｖで走行する糸３に衝突し、ここで部分的に散乱する。「第１光波」４と呼称する散乱光の部分は角度φで散乱して対応の方向に配置された検出器６に達する。光ビーム２の光の他の部分は糸３の近傍を変化することなく通過し、「第２光波」５となる。第２光波は偏向ミラー７に達し、ここから、第２光波５もまた検出器６に入射する。
【００１４】
糸３の走行に伴って発生するドップラー偏移のため、第１光波４の周波数は光ビーム２の周波数と同じではなく、両光波４、５の重畳域においてうなりとなり、これを周波数ｆの交流信号（もしくは交流電圧信号）として検出器６において測定することができる。周波数ｆの値は速度ｖに直接依存する。周波数ｆの値は角度φに、より厳密には、糸３の速度ベクトルの方向に散乱する際に光子に現れるパルス変化の大きさに依存する。これに対応する式は当業者に公知であり、装置の形状御呼び光源の光の波長が既知であれば、周波数ｆから速度ｖを直接算定することができる。この対応の式は１つの例として図５に示す実施形態とともに後述する。
【００１５】
第２光ビーム２の光量のうち比較的少ない分だけが散乱し、その一部だけが、狭い角度で受光する検出器６に入射するから、第１光波４の強さは第２光波５の強さよりも原則として弱い。従って、補助的な手段を講じなければ、検出器６の信号のコントラストは不良であり、肝心の交流部分が著しく不足する。検出器６が飽和状態でない限り、これは大した問題ではない。但し、コントラスト増強のためには、第１光波４と重畳させる前に第２光波５を減衰させることが好ましい。厳密には−原則として両光波ともに糸３と検出器６との間で散乱損失及び、例えば、介在する光学素子への吸収によって減衰させられるから−第２光波を重畳させる前に第１光波よりも著しく減衰させることが好ましい。第２光波の補足的な減衰量は少なくとも９０％でなければならない。
【００１６】
第２光波５の減衰は、例えば、ミラー７を一部透明なミラーとし、光量の少なくとも９０％を透過させ、１０％又はそれ以下を反射させることによって達成される。
【００１７】
図１に示す実施形態では、重畳の際に２つの光波４、７は互いに平行ではないから、検出器６において干渉線パターンが発生する。周波数ｆの鮮明な信号を得るには、干渉線と直交する方向に最大限干渉線の幅に相当する幅を有するか、さもなければ、干渉線と直交する方向に一連のセンサーを有して、個々のセンサーの信号を個別に評価できるように検出器自体を構成しなければならない。
【００１８】
図２は重畳させる前に第１及び第２光波４，５を互いに平行させることによってより広い受光面を有する検出器の使用を可能にする実施態様を示す。そのため、第２光波５をミラー７によって、第１光波も入射するビーム・コンバイナ９に投射する。ビーム・コンバイナ９において、２つの光波４、５が重畳され、平行に検出器６へ投射される。
【００１９】
ビーム・コンバイナ９としては、例えば、反射率よりも透過率が大きい、例えば、透過率が９０％、反射率が１０％の部分透明ミラーを使用することができる。この場合、このミラーは第２光波５を透過させて殆ど減衰させない一方、第２光波５を顕著に減衰させることによって、上記コントラストの向上を達成することができる。
【００２０】
ビーム・コンバイナ９を、その第２面がミラー７を形成するプリズムの第１面によって形成することもできる。さらには、ビーム・コンバイナ９を回折格子、特に、ブラッグ格子によって形成することもできる。
【００２１】
図３にはさらに他の実施態様を示す。ここでは第１及び第２光波が、例えば、レンズの形態を呈する結像光学系１０へ導入され、光ビーム２によって照明された糸の領域を検出器６上に結像する。この構成の利点として、検出器６には糸３の同一レベル点から発する両光波からの光子が入射することにある。その結果、レーザー・ビームを空間的に干渉させる必要が軽減される。
【００２２】
図示のように、糸３と検出器６の間に２つの開口１２、１３を有するマスク１１を介在させることによって、糸３の照明されている領域から２つの方向に進む光波だけが捕捉されることになる。即ち、角度φで散乱する第１光波を開口１２を通して捕捉する一方、散乱しない第２光波を開口１３を通して捕捉する。マスクが存在しない図６の実施形態の場合、検出器６はそれぞれ周波数の異なる複数の信号から成る混合信号を受信する。
【００２３】
基本的には、第２光波が非散乱光である必要はない。即ち、第１光波とは異なる形でドップラー偏移したのであれば、散乱光であってもよい。
【００２４】
これに対応する実施形態を図４に示す。−φの角度で第２光波を散乱させるようにマスク１１の第２開口１３が構成されている点を除けば、図３の実施形態と同様である。
【００２５】
図１及び２の実施形態も、ミラー７の位置を適当に変えることによって両光波４、５が散乱光から成るように変更することができる。
【００２６】
以上に上げた実施形態では光ビーム２と糸３が直交する。しかし、これは必須条件ではない。即ち、図５は光ビーム２と糸３が角度α＜９０°で交差する実施形態を示す。
【００２７】
このような実施形態では検出器６における光の周波数ｆＦを下記式で算出することができる：
《式》
0005498004.tif 000002
上記式において、ｖは糸の速度、ｃは光速、ｆＳは光源１の光の周波数を表わす。αは光ビーム２と糸３との間の角度、φは散乱角度を表わす。検出器６によって測定される交流信号は、位相変調が行なわれない場合なら周波数｜ｆＳ−ｆＥ｜を有する。
【００２８】
好ましい実施形態としては、光ビーム２と糸３の長手方向との間の角度αを小さく、例えば、最大３０°、好ましくは最大１０°に設定する。このように設定することの利点として、糸３と光ビーム２との間に比較的長い相互作用路程が存在するから、より多くの光を散乱させることができる。この場合、第１光波４と糸３との間の角度α’を比較的小さく、例えば、最大３０°、好ましくは最大１０°に設定することによって、検出器６によって受光されるすべての第１光波の周波数ドップラー偏移の幅を極力小さくすることができる。角度α’が大きければ光ビーム２と糸３との間の相互作用路程が長いから、異なる方向から多数の第１光波が受光されることになり、周波数偏移の幅が広がる結果となる。
【００２９】
図５のコンセプトを具体化した実施例を図６及び７に示す。図はそれぞれが糸３を側方から導入するための切り欠き１６を有する２つのガイド素子１４、１５を示している。図示のように、光ビーム２が第１ガイド素子１４の反射性内面１７に投射されて反射し、小さい角度αで糸３と交差する。（散乱した）第１光波４は、この実施例の場合、検出器６へ直接投射されるのに対して、（この実施例の場合、散乱しない）第２光波５は第２ガイド素子１５の反射性内面１７に入射し、反射して同じく検出器６へ投射される。
【００３０】
第１及び第２光波が共に、又は第１光波だけが第２ガイド素子１５に入射するように構成することも可能である。
【００３１】
図６の実施例では、第１及び第２ガイド素子１４、１５の内面１７が反射性に形成されていて、到来する光ビームもしくは到来する光波を正しい方向へ投射する。但し、光源１及び/又は検出器６をそれぞれのガイド素子１４もしくは１５に、又はその後方に配置し、ガイド素子の少なくとも一部を透明に構成することも可能であり−この場合、光ビームは第１ガイド素子１４からも直接射出することができ、一方又は双方の光波が第２ガイド素子１５に入射して検出器６に達することができる。
【００３２】
さらに他の実施形態を図８に示す。ここではガイド素子１４、１５に通された糸３が透明体１８の面１９に沿って導入される。透明体１８の反対側には光源１と検出器６が共通の支持体２１上に配置されている。光源１から発射された光ビーム２は面１９とは反対側の面２０から透明体１８に入射する。次いで、光ビーム２の光の少なくとも一部が面１９と通過して糸３に衝突し、ここで散乱して第１光波４を形成する。第１光波は再び透明体１８を通過して検出器６に達し、ここで第２光波５と重畳させられる。
【００３３】
第２光波５を透明体の面１９、２０での散乱によって発生させることができる。図８の実施例では、糸３と対向する面１９の領域２２を粗面化し、光ビーム２の光の一部を殆ど拡散の状態に散乱させることによって第２光波５を発生させる。即ち、この拡散的に散乱した光が検出器６に達して第２光波５を形成する。
【００３４】
領域２２は均一に粗面化するのではなく、連続的に又は段階的に糸３の長手方向に沿って変化させることが好ましく、こうすることによって、第２光波５の強さは支持体２１と透明体１８との相対位置に応じて変化することになる。矢印２３で示すように支持体２１を透明体１８に対して意図の長手方向に変位させることによって、検出器６における信号のコントラストが最適化されるように第２光波５の明るさを調整することができる。
【００３５】
図示の実施例では光ビーム２を線で示してある。しかし、その直径は糸３が側方へ移動しても測定域からはみ出さないように、過度に細く設定してはならない。反面、糸の長手方向への測定ビームの広がりを極力小さくすることにより、できる限り正確に角度φで散乱した光波だけを検出器６において用意に評価できるようにすべきである。
【００３６】
このことを図９及び１０に図解した。図示のように、糸３に衝突する際の光波２は長軸２６が糸３とほぼ直交する細長い断面形状２５を有する。長軸２６は糸が典型的な横揺れの際に測定域からはみ出さないように少なくとも３ｍｍの長さを有することが好ましい。短軸２７の長さは最大１ｍｍであることが好ましい。
【００３７】
細長い断面形状を有する光ビーム２は、例えば、円筒状の偏向光学系によって、又はプリズムにおける屈折によって発生させることができる。これに対応の方法は当業者のよく知るところである。光源自体が、例えば、いわゆる「エッジ・エミッティング」半導体レーザーのように細長い断面形状を有する光ビームを供給することも可能である。
【００３８】
図９及び１０に図解した方法は図示したすべての装置実施形態に適用できる。この方法は、糸に達する前に光ビームをビーム・スプリッタに通して２条の部分光ビームに分割し、例えば、これら２条の部分光ビームを糸に衝突する際に再び交差させるように構成された装置にも適用できる。
【００３９】
コンパクトで、しかも比較的低価格であることから、光源としては特に半導体レーザーが好適である。基本的には、いわゆる「モノモード」−レーザーも「マルチモード」−レーザーも好適である。マルチモード−レーザーの利点として、比較的高い光量を供給できる。「マルチモード」−レーザーのモードの周波数間隔が糸で散乱する光波における最大ドップラー偏移よりも大きい限り、以上に述べた測定装置の実施形態に何らの変更も加えることなく測定を行なうことができる。
【００４０】
既に述べたように、第２光波が糸において散乱しなかった光によって形成される実施態様では、高い信号コントラストを得るため、第２光波を補足的に減衰させる必要がある。他方、上述したように、一部透明なミラーと共に適当なフィルタを利用して第２光波を発生させる実施態様の場合には、図３に例示したように線形偏光フィルタをも利用することが好ましい。この場合、両光波４、５がこのフィルタ２９を通過し、第２光波の光を（全部ではないが）殆どブロックすることによって減衰させるようにフィルタを方向設定する。第１光波の光は散乱の結果として部分的に、又は完全に偏光解消されているか、又は少なくとも偏光回転しているから、第１光波に対する偏光フィルタの影響は比較的小さい。従って、第２光波の光は偏光フィルタ２９において第１光波４の光よりもはるかに顕著に減衰し、コントラストが向上する。偏光フィルタ２９を回転させることによってコントラストを最適化することができる。
【００４１】
光源からの光が偏光しているか、又は第２の偏光フィルタで偏光させれば、装置の実施態様すべてにこのような偏光フィルタを採用することができる。
【００４２】
図３及び図４の実施例では、マスク及び結像光学系を使用した。マスク及び光学素子の使用は他の実施例においても有意義であり、図３及び図４の実施例に限定されるものではない。
【００４３】
装置を周囲光に反応しないようにするためには、図１に例示するように、すべての実施態様における検出器６に色フィルタ３１を設ければよい。この場合のフィルタは殆ど光源１の光の波長だけを透過させる帯域通過フィルタである。
【００４４】
図示の装置は補足の手段なしで糸移動の符号を見極めることはできない。しかし、例えば、洗糸のさいには糸を区分に分けて巻き戻すことがあるから、符号を見極めることは、例えば、長手方向積分には重要である。積分に際して速度の符号を考慮すれば、糸を巻き戻す場合でも、糸の欠陥部分の長さ及び位置を正確に検出することができる。
【００４５】
速度の符号は両光波のいずれか一方を（例えば、音響光学変調器で）周波数シフトさせることで得られる。このようにすることで、糸が静止していてもゼロよりも大きい周波数の干渉信号が検出器によって得られる。糸の移動に伴って周波数シフトが起こると、周波数が上下し、これによって速度の符号が明白になる。同様に、（例えば、ポッケルス電池、振動鏡などのような）位相変調器によってもこのような結果を得ることができる。符号は外部の供給源から、例えば、糸駆動制御装置から検出器６の評価回路に供給される。図１にはこのために第２光波５の光路にポッケルス電池を挿入する場合を示した。
【００４６】
これに代わる方法として、例えば、図１の実施形態におけるミラー７を圧電素子で前後移動させることによって光路長さを機械的に変化させることも可能である。
【００４７】
このような符号検知技術は糸に関するすべてのＬＤＡ方法に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】測定装置の第１実施形態を示す。
【図２】測定装置の第２実施形態を示す。
【図３】測定装置の第３実施形態を示す。
【図４】測定装置の第４実施形態を示す。
【図５】測定装置の第５実施形態を示す。
【図６】測定装置の第６実施形態の斜視図である。
【図７】図６に示した第６実施形態の側面図である。
【図８】測定装置の第７実施形態の断面図である。
【図９】楕円形断面を有する測定ビームの作用を示す斜視図である。
【図１０】図９に示した状況の側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・コヒーレント光源；２・・・光ビーム；３・・・糸；４・・・第１光波；
５・・・第２光波；６・・・検出器；７・・・転向ミラー；
９・・・ビーム・コンバイナ；１０・・・結像光学系；１１・・・マスク；
１８・・・透明体；２９・・・偏光フィルタ。
【図１】
0005498004.tif 000003
【図２】
0005498004.tif 000004
【図３】
0005498004.tif 000005
【図４】
0005498004.tif 000006
【図５】
0005498004.tif 000007
【図６】
0005498004.tif 000008
【図７】
0005498004.tif 000009
【図８】
0005498004.tif 000010
【図９】
0005498004.tif 000011
【図１０】
0005498004.tif 000012