(57)【要約】【課題】 繊維束を製造する工程中に生じる異常をいち早く検知し、これにより繊維束の品質を良好に管理することができる監視方法、この監視方法を備えた監視装置及び、この監視方法または監視装置を用いた繊維束の製造方法を提供する。【解決手段】 走行する前記繊維束に対して測定光を照射し、前記繊維束からの透過光を撮像し、得られた画像から繊維束が存在する領域を対象領域として決定する。また得られた画像から画素情報を基に欠陥を検出し、欠陥の特徴量に応じて欠陥種類を分類することにより、走行する繊維束の欠陥を監視する。【選択図】  図１
2019203748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する繊維束の欠陥を監視する方法であって、下記［Ａ］〜［Ｃ］の工程を有する繊維束の監視方法。
［Ａ］走行する繊維束に測定光を照射する工程
［Ｂ］前記繊維束からの透過光を撮像する工程
［Ｃ］下記（ａ）〜（ｃ）の手段を有するデータ処理工程
（ａ）前記撮像工程にて得られた画像から繊維束が存在する領域を対象領域として決定するデータ処理手段。
（ｂ）前記撮像工程にて得られた画像から画素情報を基に欠陥を検出するデータ処理手段。
（ｃ）前記検出した欠陥の特徴量に応じて、欠陥種類を分類するデータ処理手段
【請求項２】
さらに、［Ｄ］前記欠陥を予め設定した閾値と比較して該閾値を越えた場合に警報を発する警報手段を有する、請求項１に記載の繊維束の監視方法。
【請求項３】
さらに、［Ｅ］前記欠陥の情報を記録する記録手段を有する、請求項１または２に記載の繊維束の監視方法。
【請求項４】
前記走行する繊維束がポリアクリロニトリル繊維束である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維束の監視方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の監視方法により、走行する繊維束の欠陥を監視する、繊維束の監視装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の監視方法又は請求項５に記載の監視装置を用いて、走行する繊維束の欠陥を監視する監視工程を有することを特徴とする、繊維束の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の繊維束の製造方法において、前記監視工程で得られた監視結果を基に、製造工程に生じた異常を特定し、製造工程の条件を自動的に変更する操作手順を含むことを特徴とする、繊維束の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の繊維束の製造方法において、前記監視工程で得られた監視結果を基に、製造工程に生じた異常を特定し、警報を発する工程を含むことを特徴とする、繊維束の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維束を製造するための繊維製造工程において、走行する繊維束の欠陥を監視する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成繊維束は、ナイロンやポリエステルなどの衣料資材だけでなく、産業資材に広く使用されている。高強度のベルトやタイヤコードに用いられるアラミド繊維や、スポーツおよび自動車・船舶・土木建築などの分野に用いられる炭素繊維の製造に供されるポリアクリロニトリル繊維（プレカーサー）なども広く知られている。
【０００３】
また、このプレカーサーを焼成して得られた炭素繊維は、スポーツおよび自動車・船舶・土木建築などの分野に用いられる高機能繊維束として知られている。
【０００４】
このような繊維束は高い性能を求められる一方で、ユーザーからの需要に応えるべく、生産設備の大型化や生産スピードの向上、単位生産機あたりの総繊維数を増やすことでコストダウンを図り、その適用分野を大きく広げている。
【０００５】
しかし、生産設備の大型化や生産スピードの向上は、繊維束の均一処理を一層難しくし、繊維束の軽微な欠陥が、重大な問題となることが知られている。例えば、プレカーサー製造工程の途中で、単糸切れなどによる毛羽や毛玉、異物付着、厚み斑、予期せぬ繊維の斜行や繊維束の割れなどが生じる場合がある。毛羽や毛玉、異物付着、厚み斑などがあると、その繊維を焼成して炭素繊維を製造する際に、ロールに巻きついたりして工程通過性が悪化したり、焼成時に異常切断に繋がる場合がある。また繊維に予期せぬ斜行があるとプリプレグを作る際に開繊性が低下し工程通過性が悪化したり、プリプレグに隙間ができてしまい外観品位の低下に繋がってしまったりする場合がある。繊維束の割れに関しても同様に、プリプレグやの織物等の外観品位低下に繋がる可能性があり、このような繊維束の欠陥は管理するべき重要な項目となっている。
【０００６】
高速で連続生産している繊維束の欠陥を発見する方法として、繊維束の幅を超えた測定光と受光手段により繊維束の欠陥を検出する方法が提案されている（特許文献１）。しかし、特許文献１に記載される測定方法では、繊維束の広い範囲にわたるような異物付着や単糸の毛羽が絡み合って成長したような大きな欠陥は検出できるが、単糸の毛羽や繊維の斜行のような小さい欠陥は検出が困難である。
【０００７】
一方、繊維束に照明をあてて、カメラにより繊維束を撮像し、得られた画像を２値化、細線化処理することにより繊維束の欠陥を検出する方法が提案されている（特許文献２）。しかし、特許文献２に記載される測定方法では、カメラから見て繊維束から飛び出したような毛羽や毛玉などは検出できるが、繊維束の幅に収まっているような毛羽や繊維束の内部にある斜行のような欠陥は検出が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２０３２５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５３１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、繊維束を製造する工程中に生じる異常をいち早く検知し、これにより繊維束の品質を良好に管理することができる監視方法、この監視方法を備えた監視装置及び、この監視方法または監視装置を用いた繊維束の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、下記の（１）〜（４）に記載の繊維束の監視方法、下記の（５）に記載のこの監視方法を備えた監視装置及び、下記（６）〜（８）に記載のこの監視方法または監視装置を用いた繊維束の製造方法を提供するものである。
【００１１】
（１）走行する繊維束の欠陥を監視する方法であって、下記［Ａ］〜［Ｃ］の工程を有する繊維束の監視方法。
［Ａ］走行する繊維束に測定光を照射する工程
［Ｂ］前記繊維束からの透過光を撮像する工程
［Ｃ］下記（ａ）〜（ｃ）の手段を有するデータ処理工程
（ａ）前記撮像工程にて得られた画像から繊維束が存在する領域を対象領域として決定するデータ処理手段。
（ｂ）前記撮像工程にて得られた画像から画素情報を基に欠陥を検出するデータ処理手段。
（ｃ）前記検出した欠陥の特徴量に応じて、欠陥種類を分類するデータ処理手段
【００１２】
（２）さらに、［Ｄ］前記欠陥を予め設定した判定基準値と比較して該閾値を越えた場合に警報を発する警報手段を有する、（１）に記載の繊維束の監視方法。
【００１３】
（３）さらに、［Ｅ］前記欠陥の情報を記録する記録手段を有する、（１）または（２）に記載の繊維束の監視方法。
【００１４】
（４）前記走行する繊維束がポリアクリロニトリル繊維束である、（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維束の監視方法。
【００１５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の監視方法により、走行する繊維束の欠陥を監視する、繊維束の監視装置。
【００１６】
（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の監視方法又は（５）に記載の監視装置を用いて、走行繊維束を監視する監視工程を有することを特徴とする、繊維束の製造方法。
【００１７】
（７）上記（６）に記載の繊維束の製造方法において、前記監視工程で得られた監視結果を基に、製造工程に生じた異常を特定し、製造工程の条件を自動的に変更する操作手順を含むことを特徴とする、繊維束の製造方法。
【００１８】
（８）上記（７）に記載の繊維束の製造方法において、前記監視工程で得られた監視結果を基に、製造工程に生じた異常を特定し、警報を発する工程を含むことを特徴とする、繊維束の製造方法。
【００１９】
本発明に係る繊維束の監視方法および装置は、データ処理手段により繊維束が存在する領域を対象領域として算出する。また撮像工程にて得られた画像から画素情報を基に欠陥を検出し、その検出した欠陥の特徴量に応じて、欠陥種類を分類する。
【００２０】
本発明に係る繊維束の監視方法および装置は、データ処理手段により検出した欠陥種類を予め設定した判定基準値と比較して該閾値を超えた場合に警報を発することができる。
【００２１】
更に、本発明に係る繊維束の監視方法および装置は、データ処理手段により検出した欠陥種類を記録する記録手段を備え、欠陥の経時的な変動を監視することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、繊維束の欠陥を精度良く監視することで、従来の品質管理よりも、より詳細な工程異常を監視することができる。また、詳細な工程異常を検出することで、不良繊維束の外部への流出を防ぐことが可能となり、繊維束の品質管理を高い水準で実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の繊維束の欠陥検出装置の第１の形態を示した概略側面図である。
【図２】本発明の繊維束の欠陥検出装置の第２の形態を示した概略側面図である。
【図３】本発明で検出対象とする第１の形態のおける繊維束の欠陥の一例を示す模式図である。
【図４】本発明で検出対象とする第２の形態のおける繊維束の欠陥の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について、発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の検出対象となる繊維束は、複数フィラメントから構成される繊維束である。繊維束の種類は、特に限定されないが、具体的な例としては、ポリアクリル繊維束、ポリエステル繊維束、ナイロン系繊維束、アラミド繊維束、アリレート繊維束などの合成繊維束、または炭素繊維束などを好ましく挙げることができる。
【００２５】
測定対象となる繊維束は、所定の糸道を走行することにより、良好に欠陥の検出ができる。そのため測定される走行繊維束には０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の張力を付与することが好ましく、より好ましくは０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。０．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の張力を付与することにより、単糸の蛇行や数本のモノフィラメントからなる単糸束が繊維束から外れることを防止できる。
【００２６】
照明手段としては、繊維束からの十分な透過光が得られるものであれば、照明光の強度、波長、ともに限定されない。特に、繊維束が複数本並行に走行している場所で複数繊維束の欠陥を同時に検査する場合では、並列している繊維束の列を横切る方向において、すなわち、幅方向において、各繊維束を均一に照明できるものであれば良い。この時の照明手段は、幅方向に２０％以内の光量差で、各繊維束を照明できるものであることが好ましい。
【００２７】
繊維束を照明する照明手段としては、高周波点灯の蛍光灯やメタルハラロイドランプ、ＬＥＤ照明、Ｘ線、赤外光、紫外光などが使用できる。また、ハロゲンやＬＥＤなどの光源からの光を光ファイバーで導いて照明しても良い。特に、繊維束が複数本並行に走行している場所で複数繊維束の欠陥を同時に検査する場合では、幅方向に長い高周波蛍光灯やＬＥＤ照明を用いることがコストおよび保守性の観点から好ましい。
【００２８】
照明と繊維束との位置関係については、繊維束のみを照明し背景との輝度差を大きくできる位置が好ましく、例えば図１のように、繊維束に対して垂直に照明を照射し、撮像は斜めから実施する方法がある。この位置関係では図３上部のように背景は黒く、繊維束は背景よりも明るく撮像される。この場合、繊維束を挟んで撮像手段の反対側の撮像手段の視野内には、照明手段の反射により背景も照明されてしまうことを避けるため、何も配置しないことが好ましいが、設置スペースなどの都合により何かしらの機器配置された場合、機器と繊維束との間に吸光板等を置き、照明光の機器からの反射を防いでも良い。吸光板としては、例えば表面が鏡面でない黒色のアクリル板などを用いることができる。また、図２のように、繊維束を挟んで照明と相対する位置に撮像手段を配置しても良い。この場合、図３下部のように背景は白く、繊維束は背景よりも暗く撮像される。図２の構成とすると、照明の強度が強すぎる場合は、繊維束の透過光の情報が撮像時にハレーションを起こしてつぶれてしまったり、背景からからの光が回折により繊維束上に回り込んでしまって情報が失われたりする場合があるため、繊維束の透過性が高い場合は、繊維束に対して垂直に照明を照射し、撮像は斜めから実施する構成の方が設置や光量調整が容易であるため、好ましい。
【００２９】
背景と共に繊維束を撮像する撮像手段としては、光を受光するＣＣＤ等の受光素子（画素）が直線的に、もしくは、２次元的に配置され、輝度に関するデータを得るセンサを採用することができる。特に、広い範囲にわたって多数並列して走行している繊維束の欠陥を同時に検査する場合などは、幅方向分解能に優れ、広範囲の検査が可能である、受光素子が直線的に配置されているラインセンサカメラが好ましい。
【００３０】
精度良く欠陥を検出するためには、検出したい欠陥サイズの５倍以上の分解能で撮像することが好ましい。例えば幅方向、長手方向とも１ｍｍのサイズの欠陥を検出する場合、撮像分解能は０．２ｍｍより細かくするのが好ましい。ただし、撮像分解能を細かくしすぎると、データ量が多くなり過ぎるため、データの処理速度が遅くなる。
【００３１】
そのため、測定周波数は、製造工程のライン速度に合わせて調節する必要がある。検出したい欠陥の長手方向のサイズが１ｍｍの場合は、撮像分解能は０．２ｍｍより細かくすれば精度よく検出することが可能となるため、例えばライン速度が５００ｍ／ｍｉｎであれば、流れ方向の測定周波数は４０ｋＨｚ程度に設定する。
【００３２】
撮像手段にて撮像した画像はデータ処理手段にて繊維束が存在する領域を対象領域として決定する。対象領域の決定のやり方は特に限定されないが、繊維束の走行位置やエッジが安定しているのであれば、画像上で座標を直接指定しても良いし、繊維束が蛇行したり、繊維束の幅が変わりエッジ位置が変わるようであれば、背景と繊維束の間の輝度値で閾値を設定しておき、その閾値を超えるもしくは下回る領域を繊維束が存在する領域として画像ごとに対象領域を決定してもよい。例えば、図１に示す第１の形態にて撮像した場合、図３に示すように繊維束がある領域は背景よりも明るく撮像されるため、背景と繊維束の輝度値の間に閾値を設定しておき、その閾値を超えた領域を繊維束が存在する領域と決定する。
【００３３】
次に撮像工程にて得られた画像から画素情報を基に欠陥を検出する。欠陥の検出方法としては、例えば画素値の閾値を設定し、その閾値を超えるもしくは下回る領域を欠陥として検出する。例えば、先に対象領域を決定しているのであれば、対象領域内の輝度値の平均もしくは中央値を閾値とし、その閾値を下回る部分を欠陥として検出する。その他の方法としては、周辺の濃淡レベルと比較しながら差がある所を欠陥として検出する方法や、パターンマッチングにて特定の形状を持ったものを欠陥として検出する方法などがある。その際、検出した欠陥の画像中に占める面積や長さ（長辺方向の距離）、幅（短辺方向の距離）、繊維の流れ方向に対する角度、真円度、真直度、平均輝度値等を特徴量として求めておく。
【００３４】
次に検出した欠陥の特徴量を基に欠陥種類を分類する。例えば、長さが大きく幅が小さくて、直線状で真直度が高く、繊維の流れ方向と異なる角度の欠陥は斜行、長さ・幅ともに大きいものは毛玉、平均輝度値が背景の輝度値と近いものは割れというように分類する。繊維束が存在する領域を対象領域として決定する工程と、画像から欠陥を検出する工程はどちらが先でも良い。
【００３５】
これらのデータ処理手段により得られた欠陥の情報が予め定められた判定基準値を越えるレベルで検出された場合は、工程中になんらかの異常が発生しているため、警報を発する警報装置を備えていることが好ましい。警報を発することにより、巻き取られた製品をパッケージ単位で区分することができ、ユーザーへの流出を防ぎ、品質管理において好ましい。例えば、判定基準値としては欠陥検出数や、サイズ、また特定の欠陥種類が一つでも発生した場合は即警報を発するような方法がある。
【００３６】
警報装置としては、警報音、光を点滅させる警報灯、あるいは有線、無線などの通信機器を用いて警報信号をオペレータに伝える手段などを好適に用いることができる。
【００３７】
また、これらの処理装置と、自動カッターや吸引装置などとを組み合わせることにより、閾値を連続して超えた場合については、ただちに走行糸を切断し、ユーザーへの異常糸流出を早期に防止することもできる。
【００３８】
さらには、検出した欠陥情報を走行糸条別や走行時間毎に記録することも好ましい実施形態である。かかる実施形態によれば、パッケージ中に存在する欠陥の変動を正確に把握でき、ユーザー側で何らかの問題が発生した場合、それらのデータを解析することによって、原因を特定し、判定基準の見直しなどに用いることができる。判定基準については、ユーザー種類や製造工程・品種毎に随時設定することができる。
【００３９】
一方、本発明の走行糸条の監視方法を監視工程に含んだ繊維束の製造方法において、監視工程で検出した欠陥の程度、場所から工程の異常を特定し、製造工程の条件を変更する操作手順を含んでいても良い。繊維の製造工程において、本発明の走行繊維束の検査方法を用いて検出した欠陥を、単位時間当たり、例えば１時間あたりに、走行している糸条の場所ごとで、時間的な変化を監視する。そうすることで欠陥の特徴的な増加傾向を把握し、欠陥発生原因の早期究明に繋げ、異常個所を適切に処置することにより、工程異常を回避し、歩留まりを向上することが可能となる。
【実施例】
【００４０】
以下実施例によって本発明について説明する。
【００４１】
（実施例１）
検出する対象の繊維束として、６００００本からなるポリアクリロニトリル繊維束（単繊維繊度１．０ｄｔｅｘ）を用いた。この繊維束を、走行速度を６５ｍ／分で走行させ、測定部の張力は引き取り側の駆動速度を調整して、０．０２ｃＮ／ｄｔｅｘにした。
照明手段として、京都電気機器社製ＫＤＰＬ２−ＬＫ１０００Ｗを使用した。撮像手段としてキーエンス社製画像センサＸＧ−８７００Ｌを使用した。具体的には、８１９２画素のラインカメラＸＧ−ＨＬ０８Ｍを接続し、撮影画像を全てストレージに保存するようにした。
【００４２】
照明は、走行繊維束に対して、投光部分から２００ｍｍの距離に設置した。撮像手段は繊維束に対し７０°傾けるように設置し、レンズ先端から１２００ｍｍ離して設置した。
【００４３】
並行して走行する１２本について撮影を実施し、長手方向、幅方向の撮像分解能は約０．１ｍｍで実施した。
【００４４】
約３日間分の撮影データを元に、データ処理手段において、繊維束ごとに欠陥を検出し、繊維束間の比較や日中および夜間の変動について監視した。また後工程への影響を調査した。
【００４５】
（実施例２）
測定する繊維束と測定方法は実施例１に準じて、データ処理手段による、繊維束ごとの欠陥の検出をインラインで実施する。欠陥を検知した場合、異常警報を発するとともに、履歴として現場のモニタに欠陥画像や発生した錘や発生時間、発生位置などの欠陥情報を表示する。
【００４６】
繊維束の製造工程で、繊維束走行用のロールや、繊維束の走行位置を決めるガイドロール等の表面に傷が入ると、損傷箇所に接触する場所の繊維束に欠陥が発生するため、インラインの欠陥検出により、欠陥発生を早期に発見できる。そして異常箇所を適切に処置することにより、工程異常を回避し、歩留まりを向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、繊維束を製造する工程中に生じる異常をいち早く検知し、これにより繊維束の品質を良好に管理することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：繊維束
２：照明手段
３：測定光
４：透過光
５：撮像手段
６：データ処理手段
７：記録手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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