JP7629679B2 - ファイバ巻き取り中のウィッピングテールを検出するための装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）のもと、２０１９年３月７日に出願された米国仮特許出願第６２／８１４９１８号の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書に援用するものとする。

本開示は、概して、回転しているスプール上にファイバを巻き取るためのファイバ巻き取り装置および方法に関し、特に、ファイバ巻き取りプロセス中のウィッピングテールを検出するための装置および方法に関する。

ファイバ製造業界では、長尺の光ファイバ（「ファイバ」）が、出荷および取り扱いのために、機械回転式の巻き上げスプール上に高速で巻き取られる。ファイバがスプールに巻き取られるにつれて、ファイバは連続的な層でスプール上に重ねられる。ファイバ業界では、ファイバの巻き取りは、典型的に、ファイバが最初に線引きされるドロータワーと、ファイバの強度試験が行われるオフラインスクリーニングステーションとで行われる。これらの各位置において、ファイバは、たとえば毎秒２０ｍ以上の高速で巻き取り可能であり、比較的高い張力で維持される。ファイバ巻き取り機は、ファイバをガイドするように配置されている複数のプーリを含んでいるフィードアセンブリを含んでいてよい。これらのプーリはまた、スプール上に巻き取られるときにファイバの適切な張力を維持するのを容易にし、またフィード装置は、スプールへ上の均一なファイバ巻き取りを容易にする。

巻き取り中、ファイバは、巻き取り機が加える力によって破断しやすい。巻き取り中にファイバが破断すると、自由端部または「ファイバテール」が生じる。巻き上げスプールの急速回転によって、ファイバテールが高速で急に向きを変え、これによって、本明細書において「ウィッピングテール（鞭のようにしなる尾部）」と称されるものが形成される。コントロール下にないウィッピングテールは、スプール上にすでに巻き取られているファイバに衝撃を与え、尾部自体だけでなく、ファイバの多くの層に著しい損傷を与えてしまうことがある。破断事象は、意図的である場合も、予測不能な場合もある。いずれの場合でも、ウィッピングテールがファイバに損傷を与えるのを防ぐために、ファイバの破断後に、スプールの回転を直ちに停止させなければならない。

本開示の一実施形態は、巻き取り面および回転速度を有する、回転しているスプール上にファイバを巻き取るときのウィッピングテールを検出する方法であって、この方法は、ａ）巻き取られたファイバを巻き取り面上に形成するために、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップを含んでおり、ウィッピングテールは巻き取られたファイバから外側に向かって延び、ｂ）変調された光ビームを形成すべく光ビームに強度の一時的な下降を形成するために、ウィッピングテールが回転しているスプールによって周期的または準周期的に光ビームと少なくとも部分的に交差するように、光ビームを方向付けるステップを含んでおり、ｃ）変調された光ビームを、強度の一時的な下降によって規定されたタイミングを有する電気パルスから構成されるデジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、かつｄ）ウィッピングテールを検出するために、電気パルスのタイミングを、回転しているスプールの回転速度に基づく推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる。

本開示の別の実施形態は、ファイバ巻き取りシステムにおけるウィッピングテールを検出する方法であって、この方法は、ａ）回転しているスプールと封じ込めシールドとの間に形成されている封じ込め領域を通るようにファイバを通過させることによって、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップを含んでおり、回転しているスプールは、回転軸線と、対向し合う外側フランジとを有しており、封じ込めシールドは、巻き取り面に対して相対的に動作可能に配置されており、かつ巻き取り面から離間して配置されており、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップによって、巻き取り面上に、巻き取られたファイバ面を有する巻き取られたファイバが形成され、ウィッピングテールは巻き取られたファイバ面から外側に向かって延び、ｂ）光ビームから変調された光ビームを形成するために、ウィッピングテールが実質的に周期的に光ビームの少なくとも一部を通過して光ビームに強度の一時的な下降を形成するように、回転しているスプールに近接し、かつ封じ込め領域を通るように光ビームを方向付けるステップを含んでおり、ｃ）変調された光ビームを、強度の一時的な下降によって規定された電気パルスタイミングを有する電気パルスを含んでいるデジタル信号に変換するステップを含んでおり、かつｄ）電気パルスタイミングを、ファイバ巻き取りシステムの少なくとも１つの動作パラメータに基づく、ウィッピングテールの推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる。

本開示の別の実施形態は、ウィッピングテールを検出することができる、ファイバを巻き取るためのファイバ巻き取りシステムであって、ファイバ巻き取りシステムは、ａ）回転軸線を中心に回転するように構成されているスプールを含んでおり、このスプールは、巻き取られたファイバを形成するようにファイバがその上に巻き取られる巻き取り面を有しており、ウィッピングテールは巻き取られたファイバから外側に向かって延び、ｂ）スプール面上にライン速度でファイバをフィードするように構成されているフィード機構を含んでおり、ｃ）スプールに対して相対的に動作可能に配置されたウィップシールドを含んでおり、これによってスプールとウィップシールドとの間に封じ込め領域が形成され、ｄ）ウィッピングテール検出装置を含んでおり、ウィッピングテール検出装置は、ｉ）回転軸線に対して実質的に平行な光路を介して光ビームを放出するように構成されている光源を含んでおり、光ビームは封じ込め領域を横断し、その結果、ウィッピングテールが存在する場合に、ウィッピングテールは、スプールの回転によって光ビームの少なくとも一部を実質的に周期的に通過して光ビームに一連の強度の一時的な下降を形成し、一連の強度の一時的な下降から、変調された光ビームが形成され、ｉｉ）変調された光ビームを検出し、変調された光ビームから、一連の強度の一時的な下降によって規定された一連の信号の一時的な下降を有するアナログ電気信号を形成するように構成されている光検出器を含んでおり、かつｉｉｉ）信号の一時的な下降のタイミングを、推定されたウィッピングテールタイミングと比較することによって、ウィッピングテールの存在を確定するために、アナログ電気信号を受信し、処理するように構成されているコントローラを含んでいる。

本開示による例示的なファイバ巻き取りシステムの概略図である。 ファイバウィッピングをコントロールするために封じ込め領域を形成するために、図１Ａのファイバ巻き取りシステムにおいて使用可能な、例示的な単純なウィップシールドの一部の拡大図である。 ファイバ巻き取りシステムと一体化可能な、本明細書に開示されている例示的なウィッピングテール検出装置の一部の概略図であり、示された例では、各光学系を介して光学的に結合されたファイバ束が使用されている。 光源および光センサが、増幅器に組み込まれたトランシーバを構成する、ウィッピングテール検出装置の例示的な構成の拡大概略図である。 図１Ｃに類似しており、ファイバ束を使用しているが、光学系を使用していないウィッピングテール検出装置の簡略化された構成の実施形態を示している。 図１Ａのファイバ巻き取りシステムのファイバ巻き取りデバイスの拡大立面図であり、ファイバ巻き取りデバイスは、ファイバをフィードするためのフィード機構と、ファイバスプールと、封じ込め領域を形成するためにファイバスプールに対して相対的に動作可能に配置されているウィップリングの形態の例示的なウィップシールドとを含んでいる。 図２Ａのファイバ巻き取りデバイスの側面図であり、ウィップシールドおよびスプールによって規定される封じ込め領域を通るウィッピングテール検出装置からの光ビームを示しており、かつウィッピングテールが存在していない場合の例示的な動作状況も示している。 図２Ｂに類似しており、ウィッピングテールが存在している場合の動作状況を示している。ウィッピングテールは、スプールの回転によってウィッピングテールが封じ込め領域を横断するときに光ビームに交差する。 ウィップリングの形態の例示的なウィップシールドの立面図である。 ウィップリングの形態の例示的なウィップシールドの側面図である。 図３Ａおよび図３Ｂの例示的なウィップシールドの部分切断図である。 図３Ａおよび図３Ｂの例示的なウィップシールドの断面図である。 光ビームを通るファイバのウィッピングテールを示すとともに、コントローラの付加的な詳細およびコントローラによって実行される一部の処理ステップを示す、ウィッピングテール検出装置の概略図である。 光ビームを横切るウィッピングテールによって引き起こされる光ビーム強度における強度の一時的な下降（ＤＩ）を示している、光ビームの概略図であり、強度の一時的な下降は、一定強度の光ビームを変調された光ビームに変換する。 図５Ａの変調された光ビームの強度Ｉ（ｔ）対時間の理想化されたプロットであり、光ビームを通るウィッピングテールによって引き起こされる、光強度の対応する低下によって規定される強度の一時的な下降の位置を示している。 変調された光ビームを検出する光検出器によって生成された、アナログ電圧Ｖ_Ａ（ｔ）対時間ｔの形態のアナログ検出器信号ＳＡの理想化されたプロットである。 Ａ／Ｄ変換器によって生成された、電圧Ｖ_Ｄ（ｔ）対時間ｔの形態のデジタル検出器信号ＳＤの理想化されたプロットであり、デジタル検出器信号は、光ビームを通るウィッピングテールに相当する一連のデジタルパルスを含んでいる。 図５Ｄに類似するが、図１Ａのファイバ巻き取りシステムの実際の動作中に検出装置を使用して得られた実際のオシロスコープトレースから得られたデジタル電圧Ｖ_Ｄ（ｔ）のプロットであり、ここではウィッピングテールが存在している。

ここで、添付の図面に示した例示的な実施形態を詳細に参照する。同じまたは類似した部分を指すために、可能な限り、図面全体で同じ参照番号が使用される。

参照のためおよび考察を容易にするために、デカルト座標が一部の図面に示されているが、方向または向きに関して限定することを意図していない。

本明細書で使用される「含む」という用語（たとえば、「ＡはＢを含む」）は、特別なケースとして「から成る」（たとえば、「ＡはＢから成る」）を含んでいる。

ＡおよびＢに関して本明細書で使用される「上流」（「下流」）という用語は、Ａが、動作の流れに関して（たとえば、光の進行方向または電気信号の進行方向に関して）Ｂの前（後）に来ることを意味している。

以降の考察では、ファイバは単に「ファイバ」と称され、ガラスファイバとプラスチックファイバとの両方を含んでいる。

「ＲＰＭ」は、「ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ」の頭字語であり、「ＲＰＳ」は「ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ」の頭字語であり、以降の考察では単位ヘルツ（Ｈｚ）でも測定される。

ファイバテールは、ファイバの端部部品、端部の部分または端末部分である。ファイバテールは、スプールに巻かれたファイバの末端または最終部分であってよく、またはスプールに巻かれたファイバの一部ではないファイバの端部の部分であってよく、これはたとえば、別のスプールからの、またはスプールに先に巻き取られた別のファイバ長さ部分からの、または任意の他のファイバソースからの別個のファイバ部分または「漂遊している」ファイバ部分である。ファイバテールは、巻き取られたファイバの面から（またはスプールから）延び、スプールが回転するときに急に向きを変える。このウィッピング作用は概して、本明細書では、ファイバウィップと称されるが、当技術分野では、より狭い意味で、ファイバウィップを、損傷を引き起こすウィッピング作用とする場合もある。スプールの相対的に速い回転によって動くファイバテールは、本明細書では「ウィッピングテール」と称される。ウィッピングテールが存在するということはファイバテールが存在することを意味するので、以降の考察では、考察を容易にするために、場合によっては、単にウィッピングテールと言及される。

したがって、一例では、ファイバテールは、スプールへのファイバ巻き取りを終了するために、スプール上に巻き取られているファイバが意図的に切断される場合のような、通常のまたは計画された巻き取りプロセスの一部として発生し得る。このタイプのファイバテールは、本明細書では「本来のファイバテール」と称され、これは「本来のウィッピングテール」を形成する。以降の考察で説明されるように、ファイバ巻き取りシステムが適切に動作していることを確認する較正プロセスの一部として、本来のウィッピングテールを使用することができる。別の例では、ファイバテールは、ファイバの意図的ではない破断または漂遊しているファイバの存在に起因することがあり、これは、本明細書で言うところの「漂遊しているファイバテール」を生じさせ、「漂遊しているファイバテール」は、スプール回転中に「漂遊しているウィッピングテール」を生じさせる。いずれのタイプのウィッピングテールによって引き起こされたファイバウィップも、スプールに巻かれたファイバに損傷を与え、安全上の危険をもたらし得るので、本来のウィッピングテールと漂遊しているウィッピングテールとの両方の発生が検出される必要がある。

以降の「ファイバテール」という用語の使用には、特に断りのない限り、本来のファイバテールと漂遊しているファイバテールとの両方が含まれる。同様に、「ウィッピングテール」という用語の使用には、特に断りのない限り、本来のウィッピングテールと漂遊しているウィッピングテールとの両方が含まれる。さらに、上述したように、「ファイバウィップ」という用語は、ウィッピングテールの損傷を与え得るウィッピング作用を指す。

ウィップシールドは、ウィップシールドによって少なくとも部分的に規定されている封じ込め領域内にウィッピングテールを封じ込めるために、ファイバ巻き取りシステムにおいて使用される任意の構造である。

本明細書では、「周期的」または「準周期的」という用語は、ウィッピングテールが光ビームを横切る（通過する、横断する等）頻度を記述するために使用される。スプールは一定の率で回転すると仮定されるが、回転するスプールによって引き起こされるウィッピングテールの動きは不規則であり、したがって完全に周期的ではない可能性がある。したがって、結果として生じる光ビームの変調は、理想的な周期性を有していない場合がある。「実質的に周期的」という語句は、周期的または準周期的のいずれかを意味し得る。概して、スプールの回転ごとにウィッピングテールが光ビームを通る１つの経路が存在するが、たとえばウィッピングテールの動きが不規則になった場合には、例外が生じ得る。

本明細書で使用される「増幅器」という用語は、電気信号に対する１つ以上の信号処理動作を受け取るためおよび実行するために使用される一種の信号調整器である。増幅器は、プログラミング可能であり、信号を処理および調整するように構成されている様々な内部構成要素、たとえば、フィルタ、アナログ－デジタル変換器、中央処理装置（ＣＰＵ）、信号増幅器等を含むことができる。本明細書で考察される種類の例示的な増幅器は、Ｂａｎｎｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ．（バナーエンジニアリング社）（ミネアポリス、ミネソタ）から入手可能である。

ファイバ巻き取りシステム
図１Ａは、本開示による例示的なファイバ巻き取りシステム（「システム」）１０の概略図である。システム１０は、ｘ方向において長さＬＸを有する巻き取り面２２を有するスプール２０を含んでいる。一例では、巻き取り面２２は円筒状である。スプール２０は、対向し合う外側フランジ２４も含んでいる。スプール２０は駆動モータ３０に機械的に結合されており、駆動モータ３０は、ｘ方向に向きが調整されて示されている回転軸線ＡＲを中心として回転するようにスプールを駆動する。

ファイバ巻き取りデバイス４０は、スプール２０に対して相対的に動作可能に配置されている。図２Ａは、ファイバ巻き取りデバイス４０の例の拡大立面図であり、図２Ｂは、ファイバ巻き取りデバイスのこの例の拡大側面図である。ファイバ巻き取りデバイス４０は、スプール２０上に光ファイバ（「ファイバ」）７０をフィードするためのフィード機構５０を含んでいる。一例では、フィード機構５０は、巻き取りプロセス中にスプール２０に巻き取られたファイバ７０の量（長さ）を測定（すなわち追跡）するように構成されている。この巻き取り情報は、以降で紹介および考察されるコントローラ１８０に提供可能である。

ファイバ巻き取りデバイス４０は、スプール２０に対して相対的に動作可能に配置されているウィップシールド１００も含んでいる。一例では、ウィップシールド１００は、スプール２０の一部、たとえば円周の一部または全円周を包囲し、また軸線方向の長さの少なくとも一部を包囲する。図１Ａの例示的なウィップシールド１００は、取り付けブラケット１０２を含むことができる。

一例において、ウィップシールド１００は、スプール２０の長さＬＸのほぼ全体に延在していても、スプールのこの長さの一部に沿って延在していてもよい。ウィップシールド１００がスプール２０の長さＬＸの比較的短い部分に跨って延在している例では、ウィップシールドは「ウィップリング」とも称され得る。図２Ａの例示的なウィップシールドは、スプール２０の全円周を覆っているが、スプールの軸線方向の長さの比較的狭い部分しか覆っていないウィップリングの形態である。上述のように、本明細書に開示されているシステムおよび方法は、いかなる特定のタイプのウィップシールドにも限定されず、図２Ａに示されているウィップシールド１００は、本明細書では一例として考えられる。

図１Ｂは、単純な構成を有しているウィップシールド１００の例の一部の拡大図であり、たとえば、規定されたように、スプール２０に面する滑らかな内面１０１を有している、湾曲した剛体構造の一部の拡大図である。図１Ｂは、ファイバ７０のファイバテール７２Ｔを示している。ファイバテール７２Ｔは、端部７４を有している。スプール２０の回転によって、ファイバテール７２Ｔはウィッピングテール７２Ｗにもなる。図１Ｂでは、ウィッピングテール７２Ｗは、ウィップシールド１００によって拘束されているように示されており、ウィップシールド１００は、スプール２０が回転している間、ウィップシールドの内面１０１に接触するファイバテール７２Ｔの端部７４を閉じ込めることができる。したがって、この例では、ウィッピングテール７２Ｗは、スプール２０とウィップシールド１００の内面１０１との間の空間によって形成されている封じ込め領域８０内に封じ込められている。以降の他の例（たとえば、ファイバテール７２Ｔが漂遊しているファイバテールである場合）では、ウィッピングテール７２Ｗが、そのように封じ込められないこともあり、すなわち、封じ込め領域８０内に存在していないこともある。

再び図１Ａを参照する。システム１０は、ガイドレール１２０も含んでおり、ガイドレール１２０は、スプール２０に近接して配置されており、スプール２０の回転軸線ＡＲに対して実質的に平行に延在している。ガイドレール１２０は、ウィップシールドがｘ方向（または－ｘ方向）に動くことができるように、ウィップシールド１００の取り付けブラケット１０２を摺動可能に支持している。ガイドレール１２０は、ガイドレールに沿った、環状のウィップシールド１００の移動を駆動するように構成されているウィップシールド駆動モータ１２６に動作可能に結合されている駆動部材１２４を含むことができる。一例では、駆動部材１２４はプッシュロッドを含んでいる。図１Ａには、以降で説明するように、ガイドレールに沿ったウィップシールド１００の移動、および対応する（たとえば、連携した、または同期した）ファイバ巻き取りデバイス４０の動きを示す運動矢印ＡＭが含まれている。

システム１０は、ウィッピングテール検出装置（「検出装置」）１４０も含んでいる。検出装置１４０は、光源（発光器）１５０と光検出器（受光器）１６０とを含んでいる。光源１５０は、波長λを有する光ビーム１５２を放出する。光ビームの波長λの例示的な範囲は、可視波長範囲である。別の例示的な波長は紫外線、たとえば近紫外線、たとえば３５０ｎｍである。

光ビーム１５２は、光源１５０と光検出器１６０との間の光路ＯＰを通って移動する。光路ＯＰは、スプール２０とウィップシールド１００との間の封じ込め領域８０（たとえば、図１Ｂおよび図２Ａを参照）の少なくとも一部を通る。光ビーム１５２は、ビーム径ＤＢを有している（図２Ｂを参照）。一例では、ビーム径ＤＢは、実質的に一定であってよく、１ｍｍ（たとえば、レーザービーム）～１０ｍｍの範囲にある。使用される実際のビーム径ＤＢは、ビームがｘ方向において封じ込め領域８０を横断するために利用可能な空間の大きさに関連する。他の例では、光ビーム１５２の直径ＤＢは光路ＯＰに沿って変化する。なぜなら、光ビームは、光源１５０から拡大しつつ進むからである。このようなケースの実施形態は、以降で紹介および考察する、図１Ｅの例示的なウィッピングテール検出装置１４０に示されている。

一例では、光路ＯＰは、回転軸線ＡＲに対して実質的に平行であり、スプール外側フランジ２４を僅かに越えて存在している。一例では、光路ＯＰは、スプール巻き取り面２２のｘ方向の長さＬＸと実質的に同じかそれ以上の長さを有している。図２Ａは、光源１５０および光検出器１６０がスプール２０の各外側フランジ２４の外側に（各外側フランジ２４を越えて）存在している、すなわち、光路ＯＰがスプール巻き取り面２２の軸線方向の長さＬＸよりも長い、例示的な構成を示している。この構成は、スプール２０に巻き取られたファイバ７０からの反射の悪影響を軽減するのに役立つ。

光路ＯＰは、スプール巻き取り面２２から距離ＤＳを有しており、スプール巻き取り面に巻き取られたファイバ７０の面７１から距離ＤＦを有している（図１Ａを参照）。この後者の面は、本明細書では巻き取られたファイバ面７１と称される。一例では、距離ＤＳおよびＤＦは、特にファイバテールが本来のファイバテールである場合には、巻き取り動作に干渉することなく、同時にファイバテール７２Ｔへの損傷の最小化も行って、巻き取られたファイバ７０をスプール２０の巻き取り面２２に収容するのに必要かつ／または適切な任意の距離である。ファイバテール７２Ｔは、巻き取られたファイバ面７１から延びている（図１Ａを参照）。

図１Ｃは、検出装置１４０の例示的な構成の一部の拡大図である。一例では、光源１５０は、レーザーダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光器１５１を含んでいる。発光器１５１は、ファイバ束１５５の入力端１５６でファイバ束１５５に光学的に結合されている。ファイバ束１５５は、入力端１５６と反対側の出力端１５８も有している。ファイバ束１５５は、個々のファイバ１５７のアレイを含んでいる。光検出器１６０も、ファイバ束１５５を含んでおり、ファイバ束１５５の出力端１５８は、フォトダイオード、デジタルイメージセンサ等の光センサ１６１に光学的に結合されている。拡大挿入図は、ファイバ束１５５の２つの例示的な断面構成、すなわち、細長い断面構成と、実質的に円形（たとえば、多角形）の断面構成とを示している。

光源１５０のファイバ束１５５は、自身の出力端１５８から発散光１５２Ｄを放出する。光源光学系１７０Ｓは、発散光１５２Ｄを、実質的にコリメートされた光ビーム１５２に変換するために使用される。一例では、光源光学系１７０Ｓは、１つ以上のレンズ要素を含み得るコリメートレンズ１７２Ｃを含んでいる。

光検出器光学系１７０Ｄを用いて、コリメートされた光ビーム１５２を、検出器システム１６０のファイバ束１５５の入力端１５６上に集束させることができる。光検出器光学系１７０Ｄは、コリメートされた光ビーム１５２を、収束光ビーム１５２Ｆまたは集束光ビーム１５２Ｆに変換するように構成されている。光検出器光学系１７０Ｄは、光ビームの波長λを中心とした狭い範囲の波長を通すように構成されている狭帯域波長フィルタ１７４も含んでいてよい。狭帯域波長フィルタ１７４は、以降で説明するように、偽信号をもたらし得る、たとえば偽信号パルスを生じさせ得る、他の光源からの迷光を除去するのに役立つ。実質的にコリメートされた光ビーム１５２の使用は、システム１０の構成要素からの光ビーム１５２の反射を最小化するのにも役立ち、ここでこうした反射も偽信号をもたらし得る。

一例において、光検出器１６０において使用されるファイバ束１５５は、光源１５０において使用されるファイバ束１５５より小さいか、または光源１５０において使用されるファイバ束１５５とは異なる断面形状を有している。このような構成によって、光検出器１６０においてファイバ束１５５に入射する迷光の量を減らすことができる。一例では、迷光の悪影響をさらに減らすために、光検出器１６０におけるファイバ束１５５の入力端１５６で、（たとえば、円錐またはノズルの形状の）ライトシェード１５３を使用することができる。

図１Ｄは、発光器１５１と光センサ１６１とが、増幅器１９２の一部である変換器１９１を構成している、例示的な構成の拡大図である。この構成は、以降でより詳細に考察されるように、光センサの出力に基づいて発光器１５１の動作をコントロールするように増幅器１９２がプログラミング可能であるという利点を有している。このコントロールには、検出閾値の自動設定、検出器信号の送信タイミングの自動設定等が含まれ得る。

再び図１Ａを参照する。システム１０は、スプール駆動モータ３０、ファイバ巻き取りデバイス４０、ウィップシールド駆動モータ１２６および検出装置１４０のうちの１つ以上に動作可能に接続されているコントローラ１８０も含んでいる。コントローラ１８０は、たとえば、非一時的なコンピュータ可読媒体で具体化された命令を用いてシステム１０の動作をコントロールするように構成されている。一例では、これらの命令は、当該技術分野において既知のファームウェアまたはソフトウェアの形態であるか、当該技術分野において既知の方法で（たとえば、機械コントロールおよびデータ処理のために既知のコンピュータ言語のうちの１つを用いて）プログラミングされている。一例では、コントローラ１８０は、汎用コンピュータまたはマイクロコントローラまたはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を含んでいる。また、一例において、コントローラ１８０は、メモリ１８２およびプロセッサ１８４、ならびにデータ信号を受信し、以降でより詳細に説明するようにデータ信号処理および分析を実行するように構成されているその他の構成要素を含んでいる。検出装置１４０は、コントローラ１８０を含んでおり、コントローラ１８０は、上述のように、光検出器１６０に動作可能に接続されるとともに、光源１５０に接続可能である。

図１Ｅは、図１Ｃに類似しており、光源光学系１７０Ｓおよび光検出器光学系１７０Ｄを使用していない検出装置１４０の例を示している。この実施形態では、発散光ビーム１５２Ｄは、光源１５０のファイバ束１５５から放出角度θ_１で広がっている。光検出器１６０のファイバ束１５５の受け取り角度θ_２内へ入射する、光ビーム１５２の一部が、光センサ１６１によって検出される。

図１Ｅの検出装置１４０の構成は、図１Ｃの検出装置１４０の構成よりも単純であり、システム１０の特定の構成では、実装がより容易になる場合があり、かつ実装のコスト効率がより高くなる場合がある。他方で、光ビーム１５２を発散させると、散乱光および反射光が生じることがあり、これらは光検出器１６０のファイバ束１５５に入ることがある。これによって後続の信号処理がより複雑になってしまう。たとえば、スプール２０から光検出器１６０に到達する光ビーム１５２からの反射される光の量は、ファイバ７０の色およびスプール２０に巻き取られたファイバの量に基づいて変化し得ることが判明している。一例では、予想される、または測定された光検出問題に基づいて、利得の調整、光検出閾値の自動設定等によって、発光特性および光検出特性を調整するように増幅器１９２を構成することによって、光反射からの光が検出される問題を和らげるために、図１Ｄの増幅器構成を使用することができる。別の例では、実証研究によって、またはコンピュータシミュレーションによって得られた光反射の悪影響を考慮して、コントローラ１８０を使用した信号処理を行うことができる。

図１Ｅと類似した、検出装置１４０の別の実施形態は、高度にコリメートされ、比較的狭い（すなわち小さい直径の）レーザービーム１５２を放出する、レーザーベースの発光器１５１を利用する。このような実施形態によって、ファイバ束１５５および光源光学系１７０Ｓおよび光検出器光学系１７０Ｄが不要になり得る。

検出装置１４０の他の実施形態は、光源光学系１７０Ｓおよび光検出器光学系１７０Ｄのうちの少なくとも１つを採用することができる。

再び図１Ａおよび図２Ｂを参照する。ファイバ巻き取りデバイス４０の例示的なフィード機構５０は、ファイバ７０をスプール２０上にフィードすることが可能となるように、張力をかけてファイバ７０をガイドする３つのプーリ５２を含んでいる。フィード機構５０は、任意選択的に、以降で説明するように、ファイバ７０の破断時にウィップ低減機としても機能するファイバガイド５４（図１Ａには示されていない）を含むこともできる。したがって、ファイバガイド５４は、ファイバウィップ低減固定具とも称され得る。

システム１０の動作時に、スプール２０は、ファイバ７０に張力を付与するスプール駆動モータ３０によって回転させられる。ファイバ７０は、フィード機構５０を使用してスプール２０の巻き取り面２２上にフィードされる。ファイバ７０は、複数の重なり合うファイバ層を伴って、スプール２０上に巻き取られる。ここで最初の層は巻き取り面２２上に直に存在している。ファイバ７０は、スプール２０上に、比較的高い速度で、たとえば約３０、４０、５０、６０、７０ｍ／ｓまたはそれ以上の場合もあるライン速度で巻き取られてよい。ファイバ７０はまた、スプール２０上の適切な巻き取りを保証するために十分に高い張力に維持されている。一例では、ファイバ７０は、任意の既知のタイプのファイバドロー装置（図示されていない）または既知のタイプのファイバ引張デバイスまたは他のスクリーニングデバイス（図示されていない）または他のファイバソース（たとえば、別のファイバスプール）から直接に供給されてよい。

図２Ｃは、図２Ｂに類似するが、スプールとともに回転するファイバテール７２Ｔが存在しており、これによってウィッピングテール７２Ｗを生じさせる、システム１０の例示的な動作状況を示している。図２Ｃの例示的なファイバテール端部７４は、ウィップシールド１００と接触しているように示されていることに留意されたい。これは、図１Ｂで考察されたケースにも当てはまる。ファイバテール７２Ｔが本来のファイバテールである場合、ファイバテールは典型的に、リングタイプのウィップシールド１００内に封じ込められる。なぜなら、このようなウィップシールドは、ファイバ７０の巻き取り位置を追って移動するので、ファイバは、封じ込め領域８０を介してスプール２０上にフィードされるからである。上で示唆したように、ファイバ７０が巻き取られる位置だけでなく、巻き取り中にスプールに沿ってあらゆる箇所で発生し得る漂遊しているファイバテール７２Ｔのケースはこれに当てはまらない。このようなケースでは、リングタイプのウィップシールド１００が、スプール回転中に、結局、漂遊しているウィッピングテール７２Ｗを越えてしまい、ウィッピングテールがリングタイプのウィップシールド１００の比較的狭い封じ込め領域８０内に残るため、ウィップによる損傷を防止できない場合がある。しかし、光ビーム１５２はスプール２０の長さ部分を、これに接近した状態で、かつこれに沿って通過するので、漂遊しているウィッピングテールを検出装置１４０によって検出することができる（図１Ａを参照）。ウィップシールドが短くされていないケースでは、漂遊しているウィッピングテール７２Ｗは、典型的に、封じ込め領域８０内に存在するだろう。

理想的には、スプール２０が自由空間内に吊り下げられている場合、ウィッピングテール７２Ｗは何も当たらないので、スプール２０の周囲にウィップシールドまたはガードを設ける必要はないだろう。しかし、システム１０が他の構成要素を近傍に有しているとされるケースはこれに当てはまらない。したがって、スプール２０にすでに巻き取られているファイバの損傷を防止するためにウィッピングテール７２Ｔを封じ込めるために、ならびにスプール２０の近傍にいる操作者の損傷を防止するために、ウィップシールド１００が用いられる。

ウィップシールドの例
図３Ａは、図２Ａ～図２Ｃにも示されたウィップシールド１００のより複雑な例の立面図であり、図３Ｂは側面図であり、図３Ｃは（図３ＡのＶ－Ｖ線に沿った）切断立面図であり、図３Ｄは（図３ＡのＶ－Ｖ線に沿った）断面図である。例示的なウィップシールド１００は、上述したウィップリングとして構成されており、ここでこのウィップシールドは、ファイバ７０がスプール上に巻き取られるときに、ファイバ７０がスプール上に積み重なることを可能にするように構成されている。

図３Ａ～図３Ｄの例示的なウィップシールド１００は、スプール２０に面する入口スロット２２４の内側に形成されている第１の面部分２２６を有する内面１０１を含んでいる。第１の面部分２２６は、ウィップシールド１００の内側内に設けられている入口スロット２２４内に収容されている。入口スロット２２４は、フィード機構５０からフィードされたファイバ７０に合うように向きが調整されている第１の面部分２２６を包囲しているので、ファイバ破断事象中に生じるような、動いているファイバ７０の自由端部７４は、遠心力および前進運動のために、スプール２０から離れて入口スロット２２４内へ方向付けられる。

ウィップシールド１００は、スプール２０に面している第２の面部分２２８を有している。第２の面部分２２８は、ウィップシールド１００の内面１０１において、第１の面部分２２６から横方向にずらして形成されている。第２の面部分２２８は、入口スロットでの第１の面部分２２６の深さを下回るスロット深さを有している。第１の面部分２２６は、ウィップシールド１００の内面１０１の周りに延在し、螺旋状に第２の面部分２２８に移行する。第１の面部分２２６から第２の面部分２２８への移行は、有利には、スプール２０の１回転の間に、またはウィップシールド１００の３６０度部分の間に生じる。第１の面部分２２６が第２の面部分２２８へ移行する箇所では、第１の面部分２２６の深さと、第２の面部分２２８の深さとは等しい。したがって、ウィップシールド１００は、第２の面部分２２８上で実質的に円形またはリング状であり、第２の面部分２２８へと通じる第１の面部分２２６を形成する入口スロット２２４は、軸線方向において実質的に螺旋形状である。したがって、ファイバ７０が切断されると、またはファイバ７０が破断すると、ファイバのウィッピングテール７２Ｗは入口スロット２２４に入り、スプール２０および周囲のウィップシールド１００が約１回転する間に、または１回転しない間に、第１の面部分２２６内に封じ込められ、その後、３６０度の回転を介して第２の面部分２２８へ移行する。次いで、スプール２０が減速されて停止するまで、ファイバ７０のウィッピングテール７２Ｗは、第２の面部分２２８に接して留まる。

ウィップシールド１００は、ウィップシールド１００の外周の周りに延在している外面２３０ならびに、ウィップシールド１００の側面を規定する第１の側壁２３２および反対側の第２の側壁２３４を有して示されている。外面２３０は、外面２３０の円周の移行部を接続するために半径方向に方向付けられている移行面２３６を有している。入口スロット２２４から、この移行部を通って、第２の面部分２２８へと通じる第１の面部分２２６は有利には滑らかな面を有しており、この滑らかな面は、切断されたまたは破断したファイバ７０の端部が、遠心力および前進運動によって、途切れることなく通過することを可能にする。これによって、ファイバ７０のさらなるウィッピング作用または破損が最小化される。ファイバ７０の端部が第１の面部分２２６から第２の面部分２２８へ、入口スロット２２４を通過すると、ファイバ７０の端部は第２の面部分２２８内に留まる。第２の面部分２２８は有利には滑らかな輪郭を有しており、これによって、同様に、ファイバ７０の端部が遠心力によって回転している間に、いかなる、ファイバ７０のさらなる破損も生じない。図示されている実施形態では、第２の面部分２２８は円筒形の、中断されていない通路であり、この通路は一定の半径を有する円形の断面を有しており、途切れることなく継続的に滑らかであるので、スプール２０の回転が停止するまで、ファイバ７０の動いている端部は第２の面部分２２８に沿って滑らかに通過する。

フィード機構５０は、フィード機構５０とウィップシールド１００とが同期して（たとえば、連携して）動いて、スプール２０上にファイバ７０をフィードするように、ウィップシールド１００に動作可能に結合されていてよい。フィード機構５０は、ファイバ７０が出口プーリ５２からスプール２０上に通過する際に、入口スロット２２４を通過するようにウィップシールド１００に固定的に結合されていてよい。１つの実施形態では、スプール２０は、ファイバ７０をスプール２０上に巻き取るために回転するが、横方向に固定されているので、スプール２０は横方向には動かない。フィード機構５０は、スプール２０の長さ部分を横切って横方向に移動し、ファイバ７０をスプール２０上に均等に方向付ける。この実施形態では、フィード機構５０を移動させ、かつウィップシールド１００を横方向に前後に一緒に移動させるために、モータまたは他のアクチュエータ（たとえば、ウィップシールド駆動モータ１２６）が使用されてよい。別の実施形態では、フィード機構５０とウィップシールド１００との位置が固定され、スプール２０が付加的な駆動モータ（図示されていない）によって横方向に左右に動かされてよい。

入口スロット２２４でウィップシールド１００の側面は、ファイバラインカットアウト部分２５２を含んでいてよく、これによって、ファイバ７０がスプール２０に巻き取られている間に、ファイバ７０の通り道が入口スロット２２４の中心に置かれる。固定的な関係および任意選択的なファイバガイド５４（これは、上述のように入口ウィップ固定具として機能する）との継続的な接触によって、ウィップシールド１００は、ファイバ７０が破断したとき、またはファイバ７０が切断されたときに、ファイバ７０のウィッピングテール７２Ｗを捕捉する正しい位置に保たれる。これによって、入口スロット２２４は、ファイバガイド５４の出口通路と列をなすと同時に、近似的に接近し、ファイバ７０の端部の滑らかな移行を提供する高さを有している。ファイバ７０の端部が入口スロット２２４内で前方に移動すると、回転しているスプール２０の回転力によって、ファイバ７０の端部７４が第１の面部分２２６に対して外側に押し出され続け、回転しているスプール２０から離される。図３Ｃおよび図３Ｄにおいて最も良好に見て取れる、第１の面部分２２６全体にわたって延在している入口スロット２２４の壁部は、ファイバ７０のウィッピングテール７２Ｗを封じ込め、これを意図された方向にガイドする。

ファイバ７０が完全な状態のままである場合には、ファイバ７０は検出装置１４０の光路ＯＰを通らずに、スプール２０の周りに巻き取られる。ウィッピングテール７２Ｗが形成されると、ウィッピングテール７２Ｗは周期的（または準周期的）に、レーザービーム１５２が伝搬する光路ＯＰを通り、これによって、周期的（または準周期的）に光ビームを横切る、または部分的に遮断するであろう。一例では、光路ＯＰは、ウィッピングテール７２Ｗがしなる面に対して実質的に垂直な面に存在する。たとえば、図１Ａを参照すると、光ビーム１５２の光路ＯＰがｘ方向にあるのに対し、ウィッピングテール７２Ｗは概してｙ－ｚ面で動き（しなり）、これによってファイバウィップに関連するｙ－ｚ面と交差して、スプールに沿ってウィッピングテールが生じる場所に関わらず、特に、ウィッピングテール７２Ｔが本来のウィッピングテールであるか、または漂遊しているウィッピングテールであるかに関わらず、ウィッピングテール７２Ｗが光ビーム１５２の一部を横切るまたは遮断することが保証される。

それ以外の場合には空のファイバスプール２０であると考えられ得るスプール２０上で、上述したように、漂遊しているウィッピングテール７２Ｗを検出することができるということにも留意されたい。これは、たとえば、ファイバスプールが再使用されているが、適切に準備されていなかった場合、たとえば新しいファイバ７０の巻き取り前に、先に存在していたファイバ７０が完全には除去されていなかった場合に発生し得る。

幾つかのケースでは、ファイバ巻き取りプロセス中に、漂遊しているウィッピングテール７２Ｗが出現することがある。なぜなら、ファイバ７０の漂遊部分がスプール２０に巻き取られたファイバ７０に食い込んで、巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、漂遊しているファイバテール７２Ｔを形成するからである。このようなケースでは、以降で説明する検出プロセスにおいて、システム１０上で実行されるファイバ巻き取りプロセスが何事もなく開始されるが、その後、突然に、漂遊しているウィッピングテール７２Ｗに関連する問題を示す警報または警告等が生じる。

検出装置の構成および動作
次に、図４および図５Ａ～図５Ｅを参照して、検出装置１４０の構成および動作を説明する。図４は、コントローラ１８０の例示的な構成を示している。この例示的な構成は、増幅器１９２、増幅器とともに存在するものとして例示的に示されたアナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１９４、ＰＬＣ高速入力カード１９５、ＰＬＣ１９６および出力ユニット１９８を含んでいる。一例では、ＰＬＣ１９６は、プロセッサ１８４の一部であるか、またはプロセッサ１８４を構成している。

検出装置１４０の動作時に、ウィッピングテール７２Ｗは、光路ＯＰの少なくとも一部を通過し、ひいてはレーザービーム１５２の少なくとも一部を通過する。上述したように、この結果、ウィッピングテール７２Ｗは、周期的にまたは準周期的に、光ビーム１５２の強度を減少させ、これによって変調された光ビーム１５２Ｍが規定される。

図５Ａは、ウィッピングテール７２Ｗが光ビームを通過して、変調された光ビーム１５２Ｍが形成されるときに、光ビームに形成される強度の一時的な下降ＤＩを示している、光ビーム１５２の概略図である。強度の一時的な下降ＤＩは、低減された光ビーム強度の位置の著しく理想化された表現である。図５Ｂは、光ビーム１５２の強度Ｉ（ｔ）対時間ｔの理想化されたプロットであり、ウィッピングテール７２Ｗによって引き起こされる強度の一時的な下降ＤＩを示している。強度の一時的な下降ＤＩは、強度Ｉ（ｔ）における、ウィッピングテール７２Ｗによる光ビームの一部の一時的な遮断のない、比較的高い「通常」または「公称」強度Ｉ_０から強度が低下する領域を表している。ウィッピングテール７２Ｗが光ビーム１５２全体を遮断し得るケースでは、低い値Ｉ_Ｂは実質的にゼロであってよい。このような実施形態では、極めて小さいビーム径ＤＢが必要であり、これは多くの用途では不要であり得る。強度の一時的な下降ＤＩを含んでいる光ビーム１５２は、上述の変調された光ビーム１５２Ｍを構成する。強度の一時的な下降ＤＩは、ウィッピングテール７２Ｗが光ビーム１５２の少なくとも一部を遮断する時間の量を表す、δｔ_Ｉの時間幅を有している。隣接する強度の一時的な下降ＤＩの間には、Δｔ_Ｉ（図５Ａおよび図５ＢではΔｔとして示されている）の時間間隔（周期）がある。強度の一時的な下降の周期Δｔ_Ｉは、強度の一時的な下降の周波数ｆ_Ｉ＝１／Δｔ_Ｉを規定している。

光ビーム１５２は断面積Ａ_Ｌを有している。２．５ｍｍの直径ＤＢを有する光ビーム１５２の場合、断面積Ａ_ＬはＡ_Ｌ＝π（ＤＢ／２）^２≒５ｍｍ^２によって得られる。２５０μｍまたは０．２５ｍｍの直径を有するファイバ７０の場合、ウィッピングテールは、光ビーム１５２を遮断するファイバテール遮断面積（「遮断面積」）Ａ_Ｂを規定する。遮断面積Ａ_Ｂは、遮断面積Ａ_Ｂ＝（２．５ｍｍ）（０．２５ｍｍ）＝０．６２５ｍｍ^２を与える、長さＤＢおよび幅０．２５ｍｍの長方形によって近似されてよく、または光ビーム面積Ａ_Ｌの約１／８の大きさであってよい。これは、所与の例において、ウィッピングテール７２Ｗが円形の光ビームの中心にあるとき（すなわち、最大遮断のとき）、光強度Ｉ（ｔ）が約１２％低減されることを意味している。円形の光ビーム１５２の場合、強度の一時的な下降ＤＩのビーム強度Ｉ（ｔ）は、通常強度Ｉ_０から最小強度Ｉ_Ｂまで徐々に減少し、次いで、ウィッピングテール７２Ｗが光ビーム１５２を横切ると徐々に通常強度に戻る。実際には、ウィッピングテール７２Ｗによる最大光遮断のパーセンテージは格段に小さくてよく、たとえば僅か数パーセントであってよく、これはたとえば光ビーム１５２が発散し、ウィッピングテール７２Ｗが光ビームを横切る場所で、格段に大きいビーム径ＤＢを有するときである。

強度の一時的な下降ＤＩの強度の一時的な下降の幅δｔ_Ｉは、ウィッピングテール７２Ｗが光ビーム１５２を通過する速度によって決定される。ウィッピングテール７２Ｗの速度は、スプール２０の回転率によって決定され、これは結果として、スプールに巻き取られるファイバ７０のライン速度によって決定される。スプール２０の回転率が１２０Ｈｚ（すなわち、１２０ＲＰＳ（１２０ｓ^■１））である場合、ウィッピングテール７２Ｗが１．５ｍｍのビーム径ＤＢを通過するのに、１０μｓのオーダを要する。幾つかの例では、隣接する強度の一時的な下降ＤＩ間の時間間隔Δｔ_Ｉは、１ｍｓ～１０ｍｓのオーダにあってよい、または強度の一時的な下降の幅δｔ_Ｉの約１００倍～１０００倍であってよい。

光検出器１６０は変調された光ビーム１５２Ｍを検出し、これに応答してアナログ電気検出器信号（「アナログ信号」）ＳＡを生成する。図５Ｃは、アナログ電圧Ｖ_Ａ（ｔ）対時間ｔのプロットであり、ここでこのプロットは、例示的なアナログ信号ＳＡを表している。アナログ電圧Ｖ_Ａ（ｔ）は、図５Ｂに示されているように、変調された光ビームにおける通常強度Ｉ_０の検出に係る高電圧Ｖ_Ｈから、遮断された強度Ｉ_Ｂを形成する強度の一時的な下降ＤＩの検出に係る低電圧Ｖ_Ｌまでの範囲にわたっている。このように、アナログ信号ＳＡは、一連の強度の一時的な下降ＤＩに対応する一連の電圧の一時的な下降ＤＶを含んでいる。

増幅器１９２は、初めの検出器信号ＳＡを増幅して、増幅されたアナログ信号ＳＡ’を形成し、デジタル信号形成時のエッジ検出を容易にするために使用される。増幅されたアナログ信号ＳＡ’は、増幅された電圧（信号）の一時的な下降ＤＶを含んでいる。一例では、アナログ電圧信号ＳＡおよびその増幅されたバージョンＳＡ’は、増幅器の内部に留まる。すなわち検出ステップの一部として形成され、出力されない。これらの信号は、完全を期するために、かつ理解を容易にするために、図５Ｃに示されている。

増幅されたアナログ信号ＳＡ’はその後、Ａ／Ｄ変換器１９４に送信され、Ａ／Ｄ変換器１９４は、増幅されたアナログ信号ＳＡ’を受信して、デジタル電気検出器信号（「デジタル信号」）ＳＤに変換する。その後、デジタル電気検出器信号ＳＤは（デジタル）ＰＬＣ１９６によって処理されてよい。図５Ｄは、例示的なデジタル信号ＳＤを表す、デジタル電圧Ｖ_Ｄ（ｔ）対時間ｔの理想化されたプロットである。Ａ／Ｄ信号変換の一部が、図５Ｃのアナログの電圧の一時的な下降ＤＶをデジタル信号ＳＤにおけるデジタル電圧パルス（「デジタルパルス」）ＰＶに変えることを含んでいることに留意されたい。したがって、デジタルパルスＰＶは最終的に、強度の一時的な下降ＤＩによって規定されているが、デジタルパルスは、強度の一時的な下降の幅δｔ_Ｉよりも格段に大きいパルス幅δｔ_Ｐを有しており、これによって検出プロセスがより容易になる。一例では、パルス幅δｔ_Ｐは、増幅器によって（たとえばプログラミングを介して）、数ミリ秒（たとえば、１ｍｓ～５ｍｓ）になるように設定される。増幅器１９２とＰＬＣ１９６との間にあるＰＬＣ高速入力カード１９５は、ＰＬＣ１９６へのデジタル信号ＳＤの高速入力を可能にする。

デジタル信号ＳＤのデジタルパルスＰＶは、タイミング、たとえばパルス周波数ｆ_Ｐ（１秒あたりのパルス、またはＨｅｒｔｚ（ヘルツ））と、パルス周期Δｔ_Ｐ＝１／ｆ_Ｐ（秒／パルス）とを有している。デジタルパルスＰＶは上述のパルス幅δｔ_Ｐも有している。一例では、パルス周波数ｆ_Ｐまたは、パルス周期Δｔ_Ｐは、デジタルパルスＰＶのエッジ（たとえば、立ち上がりエッジ）から測定される。パルス幅δｔ_Ｐは、信号処理を容易にするために、強度の一時的な下降のパルス幅δｔ_Ｉより格段に大きくなるように選択され、パルス周期Δｔ_Ｐおよびパルス周波数ｆ_Ｐはそれぞれ、強度の一時的な下降の周期Δｔ_Ｉひいては強度の一時的な下降の周波数ｆ_Ｉによって規定され、理想的にはそれらに等しい。

デジタルパルスＰＶは、図５Ｄに示された電圧の形態をとることができるが、それらは、「電気パルス」または「デジタル電気パルス」と称され得る。なぜなら、全般的に、それらを、周知の電気関係Ｖ＝ＩＲに基づいて、電流パルスとして表すこともできるからである。ここでＩは電流であり、Ｒは抵抗である。

一例では、パルスタイミングの変化が一定の限度を超えた場合、このタイミングを、選択された数のデジタルパルスＰＶにわたって平均化することができる。また、パルスタイミングが、予想される周期的なパルスタイミングに対して相対的に大幅な変化を有する場合、これは、誤検出、たとえば光ビーム１５２を通るウィッピングテール７２Ｗ以外の何かを示していることがある。たとえば、自由に動く破片が封じ込め領域８０内に捕捉される場合、回転しているスプール２０によって封じ込め領域内に生成された空気圧および空気流に起因して、自由に動く破片が浮遊したままであることがある。浮遊している破片は、最終的には、ウィッピングテール７２Ｗより少ない周期で光ビーム１５２を横断し得る。

図５Ｅは、図５Ｄに示したものに類似した、デジタル電圧Ｖ_Ｄ（ｔ）対時間ｔ（ｍｓ）のプロットであるが、増幅器１９２の出力の実際のオシロスコープ軌跡から得られたものである。このプロットは、毎秒６０ｍのライン速度で動作するシステム１０用のレーザービーム１５２において形成された強度の一時的な下降ＤＩに対応するデジタルパルスＰＶを示している。光検出器１６０の光センサ１６１の応答は１５μｓであった。パルス幅（すなわち、強度の一時的な下降の幅）δｔ_Ｐは約４ｍｓであり、他方で、パルス間隔（すなわち、強度の一時的な下降の間隔）Δｔ_Ｐは約８．５ｍｓであり、パルス周波数ｆ_Ｐは約１１８Ｈｚである。

ＰＬＣを用いた信号処理
一例では、ＰＬＣ１９６は、ウィッピングテール７２Ｗの存在を判定するためにデジタル信号ＳＤを分析するために、非一時的なコンピュータ可読媒体（たとえば、ソフトウェアまたはファームウェア）で具体化された命令で構成されている。一例では、ＰＬＣ１９６は、上述したプロセッサ１８４の一部であるか、または上述したプロセッサ１８４を構成している。ＰＬＣからの、結果として生じた出力は、出力側１９８（たとえば、コンピュータディスプレイ）に送信される。これは、コントローラ１８０の一部である必要はない。メモリ１８２は、情報（たとえば、信号処理において生起された１つ以上の種々の信号、システム１０の動作パラメータ等）を格納し、既知の様式の信号処理を容易にするために、コントローラ１８０内に動作可能に構成されていてよい。一例では、出力側１９８は、システム１０の動作状況、特に、ウィッピングテール７２Ｗが検出されたか否か、またはシステム１０が正常に動作しているか否かを表示する。

一例では、ＰＬＣ１９６は、第１のポーリング間隔（たとえば、２ｍｓごとに１０００個の点）でデジタル信号ＳＤをポーリングして、第１のデータアレイを生成するように構成されている。このポーリングレートは、個々のデジタルパルスＰＶを検出するのに十分であることに留意されたい。個々のデジタルパルスＰＶは、増幅器１９２によって規定された数ミリ秒のパルス幅δｔを有することができる。

次に、第１のデータアレイが第２のデータアレイに送られ、第２のデータアレイは、デジタルパルスＰＶの立ち上がりエッジＲＥの検出および計数に適したより長いポーリング間隔を用いて分析される。一例では、第２のアレイに対するポーリングは、２００ｍｓごとに１０００個の点を使用して実行される。

立ち上がりエッジＲＥの検出に基づいて、デジタル信号ＳＤのデジタルパルスＰＶのタイミング情報が確立されると、これは、システム１０の選択動作パラメータに基づく、デジタル信号のデジタルパルスの推定されたタイミングと比較される。これらの選択動作パラメータは、ファイバ７０のライン速度およびスプール２０の回転率を含むことができる。第１のアレイおよび第２のアレイを形成するプロセスは継続され、すなわち、繰り返され、データが第１のアレイから第２のアレイに転送されると、第１のアレイに新しい測定データが再入力されて、これがその後、第２のアレイの再入力等に使用されることに留意されたい。

一例では、第２のアレイは、第２のアレイ内の所与の数のデジタルパルスに対する、デジタルパルスＰＶの立ち上がりエッジＲＥの数を検出し、計数するために分析される。次に、立ち上がりエッジＲＥのカウント（「立ち上がりエッジカウント」）が、経験によって、または演算によって決定することができる閾値立ち上がりエッジカウントと比較される。同様に（または代替的に）、立ち上がりエッジカウントが、ライン（ファイバ）速度に基づいて予想された立ち上がりエッジカウントと比較されてもよい。たとえば、ある実験において、所定のライン速度によって、Δｔ_Ｐ＝１０ｍｓのパルス間隔（周期）が生じることが見いだされたならば、第２のアレイは、第２のアレイのポーリングのために、例示的な２００ｍｓのタイムフレーム内の２０個のデジタルパルスＰＶに関連付けられた２０個の立ち上がりエッジを計数すると予想されるだろう。この特定の例では、閾値立ち上がりエッジカウントを、下限の１５に設定することも、１５～２５の範囲として規定することも可能である。

理想的には、光ビーム１５２を通過するものがなければ、立ち上がりエッジＲＥもデジタルパルスＰＶも生じないだろう。実際には、システム１０の動作は理想通りではない。たとえば、上述のように、封じ込め領域８０内に破片が存在することがある。この破片は、光ビーム１５２を通過して、少数のデジタルパルスをトリガし得る。したがって、一例において、特定のタイミング閾値（たとえば、立ち上がりエッジ数）を設定することは、意図的にウィッピングテール７２Ｗを形成し、次いでシステム１０の様々な動作パラメータの測定を行うことによって実施される実験に基づくことができる。これには、意図的に破片をシステム１０内に導入すること等によって、理想的ではない動作状況を再現すること、または理想的ではない動作状況が存在することを特徴付けることを含んでいてよく、これによって、誤ったカウントがどのように発生し得るのかを理解することができる。

デジタルパルスＰＶのタイミングを確立するためにデジタル信号ＳＤを受信および処理することに加えて、ＰＬＣはまた、ファイバ７０のライン速度、回転しているスプール２０の１回転あたりの周波数ならびにＲＰＭまたはＲＰＳでの回転率等の、システム１０の様々な動作パラメータを把握している（またはメモリ８２を介してこれらにアクセスする）。スプール回転率（速度）は、スプール駆動モータ３０によって規定される。スプール駆動モータ３０はコントローラに情報を提供するためにコントローラ１８０と通信することができる。ウィッピングテール７２Ｗが存在するか否かを判定するために、実際に測定されたパルスタイミングと比較されるパルスタイミング閾値を推定するのに、ファイバ７０のライン速度（これはコントローラ１８０を介して設定可能である）を使用することができる。

ライン速度が５０ｍ／ｓであり、スプール２０の巻き取り面２２が０．２ｍの直径を有しているシステム１０の例示的な構成を考察する。これらのパラメータの場合、スプール回転率は１秒あたり約８４回転、または０．０１２ｓ（すなわち１２ｍｓ）で１回転である。これは、ファイバ７０がスプール２０に円滑に巻き上げられるようにライン速度に追従するために必要なスプール回転率である。ウィッピングテール７２Ｗが形成された場合、１２ミリ秒ごと、または１秒あたり８４回、光ビーム１５２を横切ることが予測できる。デジタルパルスＰＶに対して、選択されたタイミング閾値は一定値である必要はなく、スプール２０に巻き取られたファイバ７０の有効径が変化するので、時間に伴って変化してよいことに留意されたい。これによって、ウィッピングテール７２Ｗのタイミングが変化する。したがって、一例では、選択タイミング閾値は、スプール２０上に巻き取られたファイバ７０の量（たとえば、長さ）に関連付けられている。

この例では、パルス周期Δｔ_Ｐ＝１／ｆ_Ｐに対する下限閾値を９ｍｓに設定することができ、または代替的に、この閾値を、たとえば９ｍｓ～１５ｍｓの範囲とすることができる。同様に、パルス周波数ｆ_Ｐに対する下限閾値は、１秒あたり７７パルスに設定されてよく、または代替的に、たとえば１秒あたり７７パルス～１秒あたり９４パルスの範囲に設定されてよい。閾値範囲の使用は、デジタルパルスタイミングに多少のばらつきがある場合に便利である。一例では、タイミング範囲内にある、測定されたパルスタイミングは、ウィッピングテール７２Ｗの存在を示す。別の例では、選択タイミング値（たとえば、パルスカウント）を超える測定されたパルスタイミングが、ウィッピングテール７２Ｗの存在を示す。ウィッピングテール７２Ｗの存在が検出されると、コントローラ１８０は、たとえばスプール駆動モータ３０に停止信号を送信することによって、スプール２０の回転を止めるように構成されていてよい。ウィッピングテール７２Ｗの検出を示す警報を生成するようにコントローラ１８０をプログラミングすることもできる。

概して、典型的には周期Δｔ_Ｐまたはパルス周波数ｆ_Ｐを使用して規定されるパルスタイミングを決定するためにデジタル信号ＳＤ内のデジタルパルスＰＶを分析するようにＰＬＣ１９６をプログラミングすることができる。デジタルパルスタイミングを、ウィッピングテール７２Ｗが存在する場合に予想される状態をもたらす、システム１０の動作パラメータに基づいて、タイミング閾値（たとえば、単一の値または範囲）と比較することができる。パルスタイミングはパルス周波数ｆ_Ｐの形態でパルスカウントを規定しているので（１秒あたりのカウンタ等の、単位時間あたりのカウンタ）、タイミング閾値はパルスカウントも含んでいることに留意されたい（これは、結果として、立ち上がりエッジカウントに対応している）。

これは、（たとえば、パルス周期Δｔ_Ｐおよびパルス周波数ｆ_Ｐに対して）タイミング閾値をどのように確立し、システム１０の所与の動作パラメータにどのように使用することができるかの一例に過ぎない。上述の選択数値および範囲は、例示的な状況に基づいて例として提供されており、使用される実際の数値および範囲は典型的に、システム１０の特定の構成およびその性能に関連するだろう。

さらに、上述のシステムおよび方法から自然に続いて、所与のファイバ巻き取りプロセス中に複数のウィッピングテール７２Ｗを検出することが可能である。たとえば、複数のウィッピングテール７２Ｗの異なるウィッピングテールに関連する周期的または準周期的な信号を、既知の信号処理方法を使用して容易に抽出することができ、その後、上述のように別個に処理および分析することができる。

診断方法
診断方法を用いる検出装置１４０を使用して、システム１０の動作状態を監視することができる。１つの診断方法では、ファイバ７０に対して既知の切断が行われると、システム１０が検査される。たとえば、ファイバ７０のスプール２０への巻き取りが終わると、ファイバは自動的に切断され、その結果、本来のテール７２Ｔが形成され、ひいては本来のウィッピングテール７２Ｗが形成される。コントローラ１８０は、いつ、このような自動的なファイバ切断が行われるのかを把握しているので、コントローラ１８０は、本来のウィッピングテール７２Ｗの存在を示す、対応するデジタルパルスＰＶを探すことができる。自動的な切断の発生時にパルス状の信号ＰＶが検出されなかった場合、概して、検出装置１４０またはシステム１０に問題がある可能性がある（たとえば、自動的なファイバ切断が実際には行われなかった）。

別の診断方法では、何等かのデジタルパルスが生成されたか否かを確認するために、空のスプール２０を走行させることによって、システム１０が検査される。デジタル信号パルスが検出された場合、これは空のスプール上の漂遊しているウィッピングテール７２Ｗを示している可能性があり、これは上で考察した可能性である。空のスプール２０を検査して、漂遊しているファイバが検出されると、漂遊しているファイバを除去することができ、この空のスプールが新しいファイバ７０を受け取る準備が整う。漂遊しているファイバが検出されない場合、これは、診断を必要とする誤検出の問題を示している可能性がある。

別の方法では、検出装置１４０は、「停滞している」信号、すなわち一定（ＤＣ）の「ハイ」信号の生成に関して検査される。ファイバ７０が適切に巻き取られている場合、デジタルパルスＰＶは存在しないはずである。他方で、ファイバテールを形成するためにファイバ７０が意図的に切断される場合には、上述したようにデジタルパルスＰＶが存在しているはずである。「停滞している」信号は、１つの長い、安定したデジタルパルスＰＶを形成する一定（ＤＣ）のデジタル信号を有している（たとえば、ここでＶ＝Ｖ_Ｈである）。このような信号は、システムに問題があることを示している可能性がある。

明細書の条項
明細書の条項１は、巻き取り面および回転速度を有する、回転しているスプール上にファイバを巻き取るときのウィッピングテールを検出する方法を開示しており、この方法は、
ａ）巻き取られたファイバを巻き取り面上に形成するために、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップを含んでおり、ウィッピングテールは巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
ｂ）変調された光ビームを形成すべく光ビームに強度の一時的な下降を形成するために、ウィッピングテールが回転しているスプールによって周期的または準周期的に光ビームと少なくとも部分的に交差するように、光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
ｃ）変調された光ビームを、強度の一時的な下降によって規定されたタイミングを有する電気パルスから構成されるデジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、かつ
ｄ）ウィッピングテールを検出するために、電気パルスのタイミングを、回転しているスプールの回転速度に基づく推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる。

明細書の条項２は、条項１記載の方法を開示しており、ウィッピングテールは、
巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、巻き取られたファイバとは異なるファイバの部分、
巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、巻き取られたファイバからの光ファイバの部分、
巻き取られたファイバの意図的な切断部分または意図的ではない切断部分、または
巻き取られたファイバの意図的な破断部分または意図的ではない破断部分
によって形成されたものである。

明細書の条項３は、条項１または２記載の方法を開示しており、変調された光ビームをデジタル電気信号に変換するステップは、
変調された光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、
増幅されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、ここで、電気パルスは、強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している。

明細書の条項４は、条項１から３までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、光ビームを方向付けるステップは、回転しているスプールの回転軸線に対して平行に光ビームを方向付けるステップを含んでいる。

明細書の条項５は、条項１から４までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、巻き取り面上にファイバを巻き取るステップは、回転しているスプールに対して相対的に動作可能に配置されているウィップシールドによって少なくとも部分的に規定された封じ込め領域内へファイバを方向付けるステップを含んでおり、光ビームを方向付けるステップは、封じ込め領域を通るように光ビームを通過させるステップを含んでいる。

明細書の条項６は、ファイバ巻き取りシステムにおけるウィッピングテールを検出する方法を開示しており、この方法は、
ａ）回転しているスプールと封じ込めシールドとの間に形成されている封じ込め領域を通るようにファイバを通過させることによって、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップを含んでおり、回転しているスプールは、回転軸線と、対向し合う外側フランジとを有しており、封じ込めシールドは、巻き取り面に対して相対的に動作可能に配置されており、かつ巻き取り面から離間して配置されており、回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップによって、巻き取り面上に、巻き取られたファイバ面を有する巻き取られたファイバが形成され、ウィッピングテールは巻き取られたファイバ面から外側に向かって延び、
ｂ）光ビームから変調された光ビームを形成するために、ウィッピングテールが実質的に周期的に光ビームの少なくとも一部を通過して光ビームに強度の一時的な下降を形成するように、回転しているスプールに近接し、かつ封じ込め領域を通るように光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
ｃ）変調された光ビームを、強度の一時的な下降によって規定された電気パルスタイミングを有する電気パルスを含んでいるデジタル信号に変換するステップを含んでおり、かつ
ｄ）電気パルスタイミングを、ファイバ巻き取りシステムの少なくとも１つの動作パラメータに基づく、ウィッピングテールの推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる。

明細書の条項７は、条項６記載の方法を開示しており、光ビームを方向付けるステップは、光路を介して光ビームを送るステップを含んでおり、光路は概して、回転軸線に対して平行に、かつスプールの対向し合う外側フランジの外側に、かつスプールの対向し合う外側フランジに近接して延在している。

明細書の条項８は、条項６または７記載の方法を開示しており、少なくとも１つの動作パラメータは、ファイバのライン速度およびスプールの回転率のうちの１つ以上を含んでいる。

明細書の条項９は、条項６から８までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、スプールは、軸線方向の長さと円周とを有しており、ウィップシールドは、スプールの円周を少なくとも長さの一部にわたって包囲している。

明細書の条項１０は、条項６から９までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、電気パルスの各々は、パルス幅と立ち上がりエッジとを有しており、ｄ）の上述の比較ステップは、
ｉ）第１のデータを形成するために、電気パルスの識別のために選択された第１のレートで電気パルスをポーリングするステップを含んでおり、
ｉｉ）第２のデータを形成するために、第１のデータにおける電気パルスの立ち上がりエッジの検出のために選択された第２のポーリングレートで第１のデータをポーリングするステップを含んでおり、かつ
ｉｉｉ）電気パルスタイミングを確立するために、第２のデータにおける電気パルスの立ち上がりエッジの位置を決定するステップを含んでいる。

明細書の条項１１は、条項６から１０までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、この方法が、スプール上の巻き取られたファイバの量に基づいてウィッピングテールの推定されたタイミングを変えるステップをさらに含んでいる。

明細書の条項１２は、条項６から１１までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、ｃ）の、変調された光ビームをデジタル信号に変換するステップは、
光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、かつ
増幅されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するステップを含んでおり、ここで、電気パルスは、強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している。

明細書の条項１３は、条項６から１２までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、光ビームを方向付けるステップは、第１のファイバ束を通って発光器から光を送るステップを含んでいる。

明細書の条項１４は、条項１３記載の方法を開示しており、この方法が、第２のファイバ束によって光ビームの一部を受け取るステップをさらに含んでいる。

明細書の条項１５は、条項１４記載の方法を開示しており、この方法が、出力端から発散光を放出する第１のファイバ束をさらに含んでおり、実質的にコリメートされた光ビームを形成するために、発散光を実質的にコリメートするステップをさらに含んでいる。

明細書の条項１６は、条項１５記載の方法を開示しており、この方法が、実質的にコリメートされた光ビームを、第２のファイバ束の入力端に実質的に集束させるステップをさらに含んでいる。

明細書の条項１７は、条項６から１６までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、ウィッピングテールの推定されたタイミングはタイミング範囲を含んでおり、タイミング範囲内にある電気パルスタイミングはウィッピングテールの存在に相当する。

明細書の条項１８は、条項６から１７までのいずれか１つ記載の方法を開示しており、ウィッピングテールは、
巻き取られたファイバ内に捕捉されている漂遊しているファイバ、
巻き取られたファイバの意図的ではない切断部分または意図的な切断部分、または
巻き取られたファイバの意図的ではない破断部分または意図的な破断部分
によって形成されたものである。

明細書の条項１９は、ウィッピングテールを検出することができる、ファイバを巻き取るためのファイバ巻き取りシステムを開示しており、ファイバ巻き取りシステムは、
ａ）回転軸線を中心に回転するように構成されているスプールを含んでおり、このスプールは、巻き取られたファイバを形成するようにファイバがその上に巻き取られる巻き取り面を有しており、ウィッピングテールは巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
ｂ）スプール面上にライン速度でファイバをフィードするように構成されているフィード機構を含んでおり、
ｃ）スプールに対して相対的に動作可能に配置されたウィップシールドを含んでおり、これによってスプールとウィップシールドとの間に封じ込め領域が形成され、
ｄ）ウィッピングテール検出装置を含んでおり、ウィッピングテール検出装置は、
ｉ）回転軸線に対して実質的に平行な光路を介して光ビームを放出するように構成されている光源を含んでおり、光ビームは封じ込め領域を横断し、その結果、ウィッピングテールが存在する場合に、ウィッピングテールは、スプールの回転によって光ビームの少なくとも一部を実質的に周期的に通過して光ビームに一連の強度の一時的な下降を形成し、一連の強度の一時的な下降から、変調された光ビームが形成され、
ｉｉ）変調された光ビームを検出し、変調された光ビームから、一連の強度の一時的な下降によって規定された一連の信号の一時的な下降を有するアナログ電気信号を形成するように構成されている光検出器を含んでおり、かつ
ｉｉｉ）信号の一時的な下降のタイミングを、推定されたウィッピングテールタイミングと比較することによって、ウィッピングテールの存在を確定するために、アナログ電気信号を受信し、処理するように構成されているコントローラを含んでいる。

明細書の条項２０は、条項１９記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、推定されたウィッピングテールタイミングは、回転しているスプールの回転率またはファイバのライン速度に基づいており、推定された電気パルスタイミングとしてコントローラに提供される。

明細書の条項２１は、条項１９記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、コントローラは、
アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含んでおり、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、光検出器に動作可能に接続されており、かつアナログ電気信号を受信し、アナログ電気信号から、信号の一時的な下降のタイミングを表す電気パルスタイミングを有している電気パルスを含んでいるデジタル電気信号を形成するように構成されており、かつ
プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を含んでおり、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、Ａ／Ｄ変換器に動作可能に接続されており、かつデジタル電気信号を受信し、電気パルスタイミングを推定されたウィッピングテールタイミングと比較するように構成されている。

明細書の条項２２は、条項２１記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、電気パルスの各々は、パルス幅と立ち上がりエッジとを有しており、ＰＬＣは、
第１のデータを形成するために、電気パルスの識別のために選択された第１のレートで電気パルスをポーリングするように構成されており、
第２のデータを形成するために、第１のデータにおける電気パルスの立ち上がりエッジの検出のために選択された第２のポーリングレートで第１のデータをポーリングするように構成されており、かつ
電気パルスタイミングを確立するために、第２のデータにおける電気パルスの立ち上がりエッジの位置を決定するように構成されている。

明細書の条項２３は、条項２１記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、コントローラは、
増幅器をさらに含んでおり、増幅器は、Ａ／Ｄ変換器の上流に動作可能に配置されており、かつアナログ電気信号がＡ／Ｄ変換器に提供される前に、アナログ電気信号を増幅するように構成されており、かつ
ＰＬＣ高速入力カードをさらに含んでおり、ＰＬＣ高速入力カードは、Ａ／Ｄ変換器とＰＬＣとの間に動作可能に配置されており、かつデジタル電気信号をＰＬＣに入力するように構成されている。

明細書の条項２４は、条項１９から２３までのいずれか１つ記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、光源は第１のファイバ束を含んでおり、光検出器は第２のファイバ束を含んでいる。

明細書の条項２５は、条項２４記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、光源は、第１のファイバ束によって放出された発散光から実質的にコリメートされた光を形成するように構成されている光源光学系をさらに含んでおり、光検出器は、実質的にコリメートされた光から、第２のファイバ束の入力端に方向付けられた、実質的に集束した光を形成するように構成されている光検出器光学系をさらに含んでいる。

明細書の条項２６は、条項１９から２５までのいずれか１つ記載のファイバ巻き取りシステムを開示しており、推定されたウィッピングテールタイミングはタイミング範囲を含んでおり、タイミング範囲内にある電気パルスはウィッピングテールの存在に相当する。

説明した実施形態は、有利であり、かつ／または図解されているが、限定するものではない。添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内で様々な変更が考えられる。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
巻き取り面および回転速度を有する、回転しているスプール上にファイバを巻き取るときのウィッピングテールを検出する方法であって、前記方法は、
ａ）巻き取られたファイバを前記巻き取り面上に形成するために、前記回転しているスプールの前記巻き取り面上に前記ファイバを巻き取るステップを含んでおり、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
ｂ）変調された光ビームを形成すべく光ビームに強度の一時的な下降を形成するために、前記ウィッピングテールが前記回転しているスプールによって周期的または準周期的に前記光ビームと少なくとも部分的に交差するように、前記光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
ｃ）前記変調された光ビームを、前記強度の一時的な下降によって規定されたタイミングを有する電気パルスから構成されるデジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、かつ
ｄ）前記ウィッピングテールを検出するために、前記電気パルスの前記タイミングを、前記回転しているスプールの前記回転速度に基づく推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる、方法。

実施形態２
前記ウィッピングテールは、
前記巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、前記巻き取られたファイバとは異なるファイバの部分、
前記巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、前記巻き取られたファイバからの光ファイバの部分、
前記巻き取られたファイバの意図的な切断部分または意図的ではない切断部分、または
前記巻き取られたファイバの意図的な破断部分または意図的ではない破断部分
によって形成されたものである、実施形態１記載の方法。

実施形態３
前記変調された光ビームをデジタル電気信号に変換する前記ステップは、
前記変調された光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、前記アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、かつ
増幅された前記アナログ電気信号を前記デジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、ここで、前記電気パルスは、前記強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している、実施形態１または２記載の方法。

実施形態４
前記光ビームを方向付ける前記ステップは、前記回転しているスプールの回転軸線に対して平行に前記光ビームを方向付けるステップを含んでいる、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態５
前記巻き取り面上に前記ファイバを巻き取る前記ステップは、前記回転しているスプールに対して相対的に動作可能に配置されているウィップシールドによって少なくとも部分的に規定された封じ込め領域内へ前記ファイバを方向付けるステップを含んでおり、前記光ビームを方向付ける前記ステップは、前記封じ込め領域を通るように前記光ビームを通過させるステップを含んでいる、実施形態１から４までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態６
ファイバ巻き取りシステムにおけるウィッピングテールを検出する方法であって、前記方法は、
ａ）回転しているスプールと封じ込めシールドとの間に形成されている封じ込め領域を通るようにファイバを通過させることによって、前記回転しているスプールの巻き取り面上に前記ファイバを巻き取るステップを含んでおり、前記回転しているスプールは、回転軸線と、対向し合う外側フランジとを有しており、前記封じ込めシールドは、前記巻き取り面に対して相対的に動作可能に配置されており、かつ前記巻き取り面から離間して配置されており、前記回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップによって、前記巻き取り面上に、巻き取られたファイバ面を有する巻き取られたファイバが形成され、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバ面から外側に向かって延び、
ｂ）光ビームから変調された光ビームを形成するために、前記ウィッピングテールが実質的に周期的に前記光ビームの少なくとも一部を通過して前記光ビームに強度の一時的な下降を形成するように、前記回転しているスプールに近接し、かつ前記封じ込め領域を通るように前記光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
ｃ）前記変調された光ビームを、前記強度の一時的な下降によって規定された電気パルスタイミングを有する電気パルスを含んでいるデジタル信号に変換するステップを含んでおり、かつ
ｄ）前記電気パルスタイミングを、前記ファイバ巻き取りシステムの少なくとも１つの動作パラメータに基づく、前記ウィッピングテールの推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる、方法。

実施形態７
前記光ビームを方向付ける前記ステップは、光路を介して前記光ビームを送るステップを含んでおり、前記光路は概して、前記回転軸線に対して平行に、かつ前記スプールの前記対向し合う外側フランジの外側に、かつ前記スプールの前記対向し合う外側フランジに近接して延在している、実施形態６記載の方法。

実施形態８
前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記ファイバのライン速度および前記スプールの回転率のうちの１つ以上を含んでいる、実施形態６または７記載の方法。

実施形態９
前記スプールは、軸線方向の長さと円周とを有しており、前記ウィップシールドは、前記スプールの前記円周を少なくとも前記長さの一部にわたって包囲している、実施形態６から８までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１０
前記電気パルスの各々は、パルス幅と立ち上がりエッジとを有しており、ｄ）の前記比較ステップは、
ｉ）第１のデータを形成するために、前記電気パルスの識別のために選択された第１のレートで前記電気パルスをポーリングするステップを含んでおり、
ｉｉ）第２のデータを形成するために、前記第１のデータにおける前記電気パルスの前記立ち上がりエッジの検出のために選択された第２のポーリングレートで前記第１のデータをポーリングするステップを含んでおり、かつ
ｉｉｉ）前記電気パルスタイミングを確立するために、前記第２のデータにおける前記電気パルスの前記立ち上がりエッジの位置を決定するステップを含んでいる、実施形態６から９までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１１
前記方法が、前記スプール上の前記巻き取られたファイバの量に基づいて前記ウィッピングテールの前記推定されたタイミングを変えるステップをさらに含んでいる、実施形態６から１０までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１２
ｃ）の、前記変調された光ビームをデジタル信号に変換する前記ステップは、
前記光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、前記アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、かつ
増幅された前記アナログ電気信号を前記デジタル信号に変換するステップを含んでおり、ここで、前記電気パルスは、前記強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している、実施形態６から１１までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１３
前記光ビームを方向付ける前記ステップは、第１のファイバ束を通って発光器から光を送るステップを含んでいる、実施形態６から１２までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１４
前記方法が、第２のファイバ束によって前記光ビームの一部を受け取るステップをさらに含んでいる、実施形態１３記載の方法。

実施形態１５
前記方法が、出力端から発散光を放出する前記第１のファイバ束をさらに含んでおり、実質的にコリメートされた光ビームを形成するために、前記発散光を実質的にコリメートするステップをさらに含んでいる、実施形態１４記載の方法。

実施形態１６
前記方法が、前記実質的にコリメートされた光ビームを、前記第２のファイバ束の入力端に実質的に集束させるステップをさらに含んでいる、実施形態１５記載の方法。

実施形態１７
前記ウィッピングテールの前記推定されたタイミングはタイミング範囲を含んでおり、前記タイミング範囲内にある前記電気パルスタイミングは前記ウィッピングテールの存在に相当する、実施形態６から１６までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１８
前記ウィッピングテールは、
前記巻き取られたファイバ内に捕捉されている漂遊しているファイバ、
前記巻き取られたファイバの意図的ではない切断部分または意図的な切断部分、または
前記巻き取られたファイバの意図的ではない破断部分または意図的な破断部分
によって形成されたものである、実施形態６から１７までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１９
ウィッピングテールを検出することができる、ファイバを巻き取るためのファイバ巻き取りシステムであって、前記ファイバ巻き取りシステムは、
ａ）回転軸線を中心に回転するように構成されているスプールを含んでおり、前記スプールは、巻き取られたファイバを形成するように前記ファイバがその上に巻き取られる巻き取り面を有しており、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
ｂ）前記スプール面上にライン速度で前記ファイバをフィードするように構成されているフィード機構を含んでおり、
ｃ）前記スプールに対して相対的に動作可能に配置されたウィップシールドを含んでおり、これによって前記スプールと前記ウィップシールドとの間に封じ込め領域が形成され、
ｄ）ウィッピングテール検出装置を含んでおり、前記ウィッピングテール検出装置は、
ｉ）前記回転軸線に対して実質的に平行な光路を介して光ビームを放出するように構成されている光源を含んでおり、前記光ビームは前記封じ込め領域を横断し、その結果、前記ウィッピングテールが存在する場合に、前記ウィッピングテールは、前記スプールの前記回転によって前記光ビームの少なくとも一部を実質的に周期的に通過して前記光ビームに一連の強度の一時的な下降を形成し、前記一連の強度の一時的な下降から、変調された光ビームが形成され、
ｉｉ）前記変調された光ビームを検出し、前記変調された光ビームから、前記一連の強度の一時的な下降によって規定された一連の信号の一時的な下降を有するアナログ電気信号を形成するように構成されている光検出器を含んでおり、かつ
ｉｉｉ）前記信号の一時的な下降のタイミングを、推定されたウィッピングテールタイミングと比較することによって、前記ウィッピングテールの存在を確定するために、前記アナログ電気信号を受信し、処理するように構成されているコントローラを含んでいる、ファイバ巻き取りシステム。

実施形態２０
前記推定されたウィッピングテールタイミングは、前記回転しているスプールの回転率または前記ファイバの前記ライン速度に基づいており、推定された電気パルスタイミングとして前記コントローラに提供される、実施形態１９記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２１
前記コントローラは、
アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含んでおり、前記アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、前記光検出器に動作可能に接続されており、かつ前記アナログ電気信号を受信し、前記アナログ電気信号から、前記信号の一時的な下降のタイミングを表す電気パルスタイミングを有している電気パルスを含んでいるデジタル電気信号を形成するように構成されており、かつ
プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を含んでおり、前記プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、前記Ａ／Ｄ変換器に動作可能に接続されており、かつ前記デジタル電気信号を受信し、前記電気パルスタイミングを前記推定されたウィッピングテールタイミングと比較するように構成されている、実施形態１９または２０記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２２
前記電気パルスの各々は、パルス幅と立ち上がりエッジとを有しており、前記ＰＬＣは、
第１のデータを形成するために、前記電気パルスの識別のために選択された第１のレートで前記電気パルスをポーリングするように構成されており、
第２のデータを形成するために、前記第１のデータにおける前記電気パルスの立ち上がりエッジの検出のために選択された第２のポーリングレートで前記第１のデータをポーリングするように構成されており、かつ
前記電気パルスタイミングを確立するために、前記第２のデータにおける前記電気パルスの前記立ち上がりエッジの位置を決定するように構成されている、実施形態２１記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２３
前記コントローラは、
増幅器をさらに含んでおり、前記増幅器は、前記Ａ／Ｄ変換器の上流に動作可能に配置されており、かつ前記アナログ電気信号が前記Ａ／Ｄ変換器に提供される前に、前記アナログ電気信号を増幅するように構成されており、かつ
ＰＬＣ高速入力カードをさらに含んでおり、前記ＰＬＣ高速入力カードは、前記Ａ／Ｄ変換器と前記ＰＬＣとの間に動作可能に配置されており、かつ前記デジタル電気信号を前記ＰＬＣに入力するように構成されている、実施形態１９から２２までのいずれか１つ記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２４
前記光源は第１のファイバ束を含んでおり、前記光検出器は第２のファイバ束を含んでいる、実施形態１９から２３までのいずれか１つ記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２５
前記光源は、前記第１のファイバ束によって放出された発散光から実質的にコリメートされた光を形成するように構成されている光源光学系をさらに含んでおり、前記光検出器は、前記実質的にコリメートされた光から、前記第２のファイバ束の入力端に方向付けられた、実質的に集束した光を形成するように構成されている光検出器光学系をさらに含んでいる、実施形態２４記載のファイバ巻き取りシステム。

実施形態２６
前記推定されたウィッピングテールタイミングはタイミング範囲を含んでおり、前記タイミング範囲内にある前記電気パルスは前記ウィッピングテールの存在に相当する、実施形態１９から２５までのいずれか１つ記載のファイバ巻き取りシステム。

Claims (10)

1. 巻き取り面および回転速度を有する、回転しているスプール上にファイバを巻き取るときのウィッピングテールを検出する方法であって、前記方法は、
   ａ）巻き取られたファイバを前記巻き取り面上に形成するために、前記回転しているスプールの前記巻き取り面上に前記ファイバを巻き取るステップを含んでおり、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
   ｂ）変調された光ビームを形成すべく光ビームに強度の一時的な下降を形成するために、前記ウィッピングテールが前記回転しているスプールによって周期的または準周期的に前記光ビームと少なくとも部分的に交差するように、前記光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
   ｃ）前記変調された光ビームを、前記強度の一時的な下降によって規定されたタイミングを有する電気パルスから構成されるデジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、かつ
   ｄ）前記ウィッピングテールを検出するために、前記電気パルスの前記タイミングを、前記回転しているスプールの前記回転速度に基づく推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる、方法。
2. 前記ウィッピングテールは、
   前記巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、前記巻き取られたファイバとは異なるファイバの部分、
   前記巻き取られたファイバから外側に向かって延びる、前記巻き取られたファイバからの光ファイバの部分、
   前記巻き取られたファイバの意図的な切断部分または意図的ではない切断部分、または
   前記巻き取られたファイバの意図的な破断部分または意図的ではない破断部分
   によって形成されたものである、請求項１記載の方法。
3. 前記変調された光ビームをデジタル電気信号に変換する前記ステップは、
   前記変調された光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
   増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、前記アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、かつ
   増幅された前記アナログ電気信号を前記デジタル電気信号に変換するステップを含んでおり、ここで、前記電気パルスは、前記強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している、請求項１または２記載の方法。
4. 前記巻き取り面上に前記ファイバを巻き取る前記ステップは、前記回転しているスプールに対して相対的に動作可能に配置されているウィップシールドによって前記スプールと前記ウィップシールドの内面との間の空間によって形成されている封じ込め領域内に前記ウィッピングテールを封じ込めるステップと、前記封じ込め領域を通るように前記光ビームを通過させるステップを含んでいる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ファイバ巻き取りシステムにおけるウィッピングテールを検出する方法であって、前記方法は、
   ａ）回転しているスプールと封じ込めシールドとの間に形成されている封じ込め領域を通るようにファイバを通過させることによって、前記回転しているスプールの巻き取り面上に前記ファイバを巻き取るステップを含んでおり、前記回転しているスプールは、回転軸線と、対向し合う外側フランジとを有しており、前記封じ込めシールドは、前記巻き取り面に対して相対的に動作可能に配置されており、かつ前記巻き取り面から離間して配置されており、前記回転しているスプールの巻き取り面上にファイバを巻き取るステップによって、前記巻き取り面上に、巻き取られたファイバ面を有する巻き取られたファイバが形成され、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバ面から外側に向かって延び、
   ｂ）光ビームから変調された光ビームを形成するために、前記ウィッピングテールが実質的に周期的に前記光ビームの少なくとも一部を通過して前記光ビームに強度の一時的な下降を形成するように、前記回転しているスプールに近接し、かつ前記封じ込め領域を通るように前記光ビームを方向付けるステップを含んでおり、
   ｃ）前記変調された光ビームを、前記強度の一時的な下降によって規定された電気パルスタイミングを有する電気パルスを含んでいるデジタル信号に変換するステップを含んでおり、かつ
   ｄ）前記電気パルスタイミングを、前記ファイバ巻き取りシステムの少なくとも１つの動作パラメータに基づく、前記ウィッピングテールの推定されたタイミングと比較するステップを含んでいる、方法。
6. 前記光ビームを方向付ける前記ステップは、光路を介して前記光ビームを送るステップを含んでおり、前記光路は概して、前記回転軸線に対して平行に、かつ前記スプールの前記対向し合う外側フランジの外側に、かつ前記スプールの前記対向し合う外側フランジに近接して延在している、請求項５記載の方法。
7. ｃ）の、前記変調された光ビームをデジタル信号に変換する前記ステップは、
   前記光ビームを、それぞれ強度の一時的な下降のパルス幅を有している一連の信号の一時的な下降を含んでいるアナログ電気信号に変換するステップを含んでおり、
   増幅された信号の一時的な下降を含んでいる増幅された電気信号を形成するために、前記アナログ電気信号を増幅するステップを含んでおり、かつ
   増幅された前記アナログ電気信号を前記デジタル信号に変換するステップを含んでおり、ここで、前記電気パルスは、前記強度の一時的な下降のパルス幅よりも格段に大きいパルス幅を有している、請求項５または６記載の方法。
8. 前記ウィッピングテールは、
   前記巻き取られたファイバ内に捕捉されている漂遊しているファイバ、
   前記巻き取られたファイバの意図的ではない切断部分または意図的な切断部分、または
   前記巻き取られたファイバの意図的ではない破断部分または意図的な破断部分
   によって形成されたものである、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
9. ウィッピングテールを検出することができる、ファイバを巻き取るためのファイバ巻き取りシステムであって、前記ファイバ巻き取りシステムは、
   ａ）回転軸線を中心に回転するように構成されているスプールを含んでおり、前記スプールは、巻き取られたファイバを形成するように前記ファイバがその上に巻き取られる巻き取り面を有しており、前記ウィッピングテールは前記巻き取られたファイバから外側に向かって延び、
   ｂ）前記スプール面上にライン速度で前記ファイバをフィードするように構成されているフィード機構を含んでおり、
   ｃ）前記スプールに対して相対的に動作可能に配置されたウィップシールドを含んでおり、これによって前記スプールと前記ウィップシールドとの間に封じ込め領域が形成され、
   ｄ）ウィッピングテール検出装置を含んでおり、前記ウィッピングテール検出装置は、
   ｉ）前記回転軸線に対して実質的に平行な光路を介して光ビームを放出するように構成されている光源を含んでおり、前記光ビームは前記封じ込め領域を横断し、その結果、前記ウィッピングテールが存在する場合に、前記ウィッピングテールは、前記スプールの前記回転によって前記光ビームの少なくとも一部を実質的に周期的に通過して前記光ビームに一連の強度の一時的な下降を形成し、前記一連の強度の一時的な下降から、変調された光ビームが形成され、
   ｉｉ）前記変調された光ビームを検出し、前記変調された光ビームから、前記一連の強度の一時的な下降によって規定された一連の信号の一時的な下降を有するアナログ電気信号を形成するように構成されている光検出器を含んでおり、かつ
   ｉｉｉ）前記信号の一時的な下降のタイミングを、推定されたウィッピングテールタイミングと比較することによって、前記ウィッピングテールの存在を確定するために、前記アナログ電気信号を受信し、処理するように構成されているコントローラを含んでいる、ファイバ巻き取りシステム。
10. 前記コントローラは、
    アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含んでおり、前記アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、前記光検出器に動作可能に接続されており、かつ前記アナログ電気信号を受信し、前記アナログ電気信号から、前記信号の一時的な下降のタイミングを表す電気パルスタイミングを有している電気パルスを含んでいるデジタル電気信号を形成するように構成されており、かつ
    プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を含んでおり、前記プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、前記Ａ／Ｄ変換器に動作可能に接続されており、かつ前記デジタル電気信号を受信し、前記電気パルスタイミングを前記推定されたウィッピングテールタイミングと比較するように構成されており、
    前記推定されたウィッピングテールタイミングはタイミング範囲を含んでおり、前記タイミング範囲内にある前記電気パルスは前記ウィッピングテールの存在に相当する、請求項９記載のファイバ巻き取りシステム。
    

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