CN102795497A - 卷筒物卷取装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷筒物卷取装置及其控制方法。在卷取滚筒的最外周侧约束电动机输出的卷取装置中，公开了能够获得精致的卷取特性的卷取装置。所述卷取装置调整夹持辊向卷筒物夹持的夹持载荷。此时，在卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率的增加而增加夹持载荷。在优选的方式中，利用解析模型使卷取张力最优化。在解析模型中，将夹持载荷设定为变量，夹持载荷也被最优化。

Description

卷筒物卷取装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及卷筒物卷取装置及其控制方法。

背景技术

卷筒物(web)的卷取工艺被广泛用于液晶显示器、便携电话、印刷薄片等、较多的工业产品中。本件申请的申请人之前提出了专利文献1的卷筒物卷取技术。在该卷取技术中，具备使卷取卷筒物的卷芯进行旋转的卷取电动机、以及通过调整卷取电动机的转速来调整卷取时的张力的张力调整单元，并具备如下构成：即，按照自规定的卷取比率(在将卷芯的半径设为初始值(百分之零)，将预先设定的卷取滚筒的最外周半径设为最大值(百分之百)时，是指当前时刻的卷取滚筒的半径所占的比例)起在后半侧逐渐减少所述卷筒物的卷取张力的方式，来设定由所述卷芯卷取卷筒物而形成的卷取滚筒的卷取范围。

另一方面，卷筒物卷取的基础理论逐年进步。根据该基础理论，也可以利用包括规定的非线性2阶常微分方程式的解析模型，定量地掌握卷取了卷筒物的卷取滚筒的内部应力状态。另外，如果可能使卷取滚筒的内部应力状态定量地模型化，则也可能在卷取卷筒物时使诸条件最优化。另外，本申请的发明者开发并提出了下述技术(非专利文献1)：基于之前提出的内部应力解析模型来计算卷取滚筒的半径方向应力以及圆周方向应力，并基于该计算结果来计算最优卷取条件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利2825457号

非专利文献

非专利文献1：橋本巨他著、“Optimum Winding Tension and Nip-loadinto Wound Webs for Protecting Wrinkles and Slippage”、財団法人日本機械学会刊行、Journal of Advanced Mechanical Design，Systems，andManufacturing，Vol.4(2010)No.1 pp.238-248

根据专利文献1的技术，能够通过预先设定适当的锥度率(卷取张力的减少率)等较单纯的控制，取得实用的卷取特性。另一方面，由非专利文献的技术可知，基于精致的解析模型的最优卷取控制并非是在后半侧减少张力这样的单纯特性。

因此，优选得到与更精致的解析模型近似的卷取特性。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种基于近年来的研究成果可得到精致且实用的卷取特性的卷筒物卷取装置及其控制方法。

为了解决上述课题，本发明提供一种卷筒物卷取装置，具备：卷取电动机，其使卷取卷筒物的卷芯旋转；和张力调整单元，其通过调整卷取电动机的转速来调整卷取时的张力；所述卷筒物卷取装置的特征在于，还具备：夹持辊，其按压由所述卷芯卷取的卷筒物的外周；夹持载荷调整单元，其调整所述夹持辊向卷筒物夹持的夹持载荷；和夹持载荷控制单元，其控制所述夹持载荷调整单元，以便在所述卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率的增加而增加所述夹持载荷。这里，卷取比率，在将卷芯的半径设为初始值(百分之零)、将预先设定的卷取滚筒的最外周半径设为最大值(百分之百)的情况下，是指当前时刻的卷取滚筒的半径所占的比例。在这种方式中，因为在卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率的增加而增加夹持载荷，所以能够用夹持载荷来补充容易在卷取后半侧产生的卷取张力的不足量。因此，能够发挥更适当的卷取特性，能够适当地分配卷取滚筒的内部应力。其结果，优于以往技术，能够防止皱纹及松弛的发生。

在优选的方式中，所述卷筒物卷取装置还具备：张力函数存储单元，其存储关于所述卷芯的径方向坐标来表示所述卷取张力的张力函数；目标函数存储单元，其存储目标函数，该目标函数至少以作用于所述卷筒物的卷取滚筒的圆周方向应力、层间的摩擦力、和产生滑动的临界摩擦力作为参数；约束函数存储单元，其存储约束函数，该约束函数按照所述卷取滚筒内部的半径方向应力的最小值取正值、且所述摩擦力为所述临界摩擦力以上的方式来设定所述目标函数的约束；和进化处理单元，其在所述约束函数所设定的条件下使所述张力函数进化直至所述目标函数变小为止；所述夹持载荷控制单元基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的值来控制所述夹持载荷。在该方式中，因为能够使设定卷取张力的张力函数在规定条件下进化，并计算适当的卷取张力，所以既能防止皱纹及松弛，也能够以极其适当的状态来卷取各种卷筒物。

在优选的方式中，约束函数存储单元存储以所述夹持载荷为变量的设计变量，来作为所述约束函数的参数，所述进化处理单元使被设定为变量的所述夹持载荷最优化。在该方式中，因为在使张力函数进化的过程中，也能够考虑被用作设计变量的要素的夹持载荷来进行最优化，所以能够将夹持辊的按压力调整为更适当的值。因此，能够根据精致的解析模型使卷取张力最优化。除此之外，在卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，既能维持最优的卷取张力，又能使随着卷取比率的增加而增加的夹持载荷最优化，所以能够获得极其适当的卷取特性。

本发明的另一方式提供一种卷筒物卷取装置的控制方法，是控制卷筒物卷取装置的控制方法，所述卷筒物卷取装置具备：卷取电动机，其使卷取卷筒物的卷芯旋转；张力调整单元，其通过调整卷取电动机的转速来调整卷取时的张力；和夹持辊，其按压由所述卷芯卷取的卷筒物的外周；在所述卷筒物卷取装置的控制方法中包括下述步骤：卷取比率检测步骤，检测所述卷取滚筒的卷取比率；和夹持载荷控制步骤，控制所述夹持载荷，以便在检测出的所述卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着该卷取比率的增加而增加所述夹持载荷。

在优选的方式中，所述卷筒物卷取装置的控制方法还包括：张力函数定义步骤，定义关于所述卷芯的径方向坐标来表示所述卷取张力的张力函数；目标函数定义步骤，定义目标函数，该目标函数至少以作用于所述卷筒物的卷取滚筒的圆周方向应力、层间的摩擦力、和产生滑动的临界摩擦力作为参数；约束函数定义步骤，定义约束函数，该约束函数按照所述卷取滚筒内部的半径方向应力的最小值取正值、且所述摩擦力为所述临界摩擦力以上的方式来设定所述目标函数的约束；进化步骤，在所述约束函数所设定的条件下使所述张力函数进化直至所述目标函数变小为止；和控制步骤，基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的夹持载荷来控制所述卷取装置的所述夹持载荷；在所述夹持载荷控制步骤中，基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的值来控制所述夹持载荷。

在优选的方式中，在约束函数定义步骤中，定义以所述夹持载荷为变量的设计变量，来作为所述约束函数的参数，在所述进化步骤中，使被设定为变量的所述夹持载荷最优化。

如以上说明那样，根据本发明，卷取滚筒的卷取范围自规定的卷取比率起的后半侧，因为卷取张力逐渐减少，所以能够获得没有如以往那样的皱纹及松弛等卷取不良的卷取滚筒。并且，在卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率的增加而增加夹持载荷，所以能够用夹持载荷来补充容易在卷取的后半侧产生的卷取张力的不足量。因此，能够发挥更适当的卷取特性，能够适当地分配卷取滚筒的内部应力。其结果，在本发明中，优于以往技术，能够起到防止皱纹及松弛的发生这样的显著效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式涉及的卷取装置的概略构成图。

图2是扩大表示图1的要部的说明图。

图3是表示进化过程中的卷取张力的每个无因次滚筒半径位置的特性的图表。

图4是表示进化过程中的夹持载荷的每个无因次滚筒半径位置的特性的图表。

图5是表示图1的实施方式涉及的数据库构造的一部分的实体关系(entity relationship：ER)的图。

图6是表示用于执行图1的实施方式涉及的最优化程序的画面的一例的图。

图7是表示用于执行图1的实施方式涉及的卷筒物及机械条件的设定程序的画面的一例的图。

图8是表示用于输入图1的实施方式涉及的运转条件的画面的一例的图。

图9是将图1的实施方式涉及的最优化程序的执行中的状态作为一例进行表示的图。

图10是表示图1的实施方式涉及的最优化控制处理的一例的流程图。

图11是表示卷取张力-卷取比率的图表。

图12A是表示基于图11的卷取张力计算出的特性的图，是表示每个卷取比率的摩擦力的图表。

图12B是表示基于图11的卷取张力计算出的特性的图，是表示每个卷取比率的半径方向应力的图表。

图12C是表示基于图11的卷取张力计算出的特性的图，是表示每个卷取比率的圆周方向应力的图表。

图13是表示图1的实施方式涉及的最优化程序的执行例的图表。

图14A是表示基于图13的卷取张力、夹持载荷而得到的特性的图，是表示每个卷取比率的摩擦力的图表。

图14B是表示基于图13的卷取张力、夹持载荷而得到的特性的图，是表示每个卷取比率的半径方向应力的图表。

图14C是表示基于图13的卷取张力、夹持载荷而得到的特性的图，是表示每个卷取比率的圆周方向应力的图表。

图15是表示图1的实施方式涉及的最优化程序的其他执行例的图表。

图16是表示采用了图1的实施方式涉及的最优化程序的比较例的图表。

图17是表示采用了图1的实施方式涉及的最优化程序的其他比较例的图表。

图18是表示采用了图1的实施方式涉及的最优化程序的另一其他比较例的图表。

图19是表示图13的计算例的图表。

图20是表示图15的计算例的图表。

图21是表示图16的计算例的图表。

图22是表示图17的计算例的图表。

图23是表示图18的计算例的图表。

图24是表示本发明的其他方式的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的最优实施方式进行说明。

首先，参照图1，该图示出的卷取装置100自卷绕了卷筒物10的滚转装置101的滚筒1，经由多个导辊2、一对夹送辊3以及夹持辊4，卷绕至卷取滚筒5的卷芯5a的外周。此外，在图中虽然进行了省略，但是在从滚筒1至卷取滚筒5的路径上配置了防止卷筒物10的位置偏移的边缘位置控制装置、及检测卷筒物10的卷取张力的测压元件(load cell)。

夹持滚筒4设置有调整相对卷取滚筒5的按压力的、作为夹持载荷控制单元的夹持载荷调整装置6。夹持载荷调整装置6通过具有加压气源、汽缸(air cylinder)、调整汽缸输出的调节器等的电气转换器来具体化，并构成为可调整形成在夹持辊4与卷取滚筒5之间的夹持点45的夹持载荷N。

另外，卷取滚筒5的卷芯5a连接着电动机7，卷芯5a自身旋转来卷取卷筒物10。

作为卷筒物10，能够采用的对象为：在液晶面板、显示监视器、便携电话、太阳能电池系统、其他各种产品中使用的可挠性薄片、或者印刷物。

为了控制夹持载荷调整装置6及电动机7，卷取装置100具备控制单元20。控制单元20作为逻辑模块而具备：存储部21、控制部22、电动机控制部23、以及夹持载荷调整部24。而且，控制单元20连接着显示部25及输入输出部26，从而作业者能够一边观看显示部25的显示一边在输入输出部26中进行必要的数据处理。

存储部21通过ROM、RAM、辅助存储装置等来具体化，是具备对控制卷取装置100整体的控制程序及参数进行存储的区域的模块。

控制部22是具备微处理器、存储装置以及输入输出接口，读取在存储装置中存储的控制程序及数据，执行该控制程序，进行构成控制单元20的要素(电动机控制部23、夹持载荷调整部24、显示部25、输入输出部26)的控制的模块。

电动机控制部23是基于控制部22的计算结果来控制电动机7的转速的模块。另外，在本实施方式中，该电动机控制部23兼作通过电动机7的转速的控制来调整卷筒物10的卷取张力Tw的张力调整单元。

夹持载荷调整部24是基于控制部22的计算结果来调整夹持载荷调整装置6所产生的按压力的模块。在本实施方式中，夹持载荷调整部24能够基于电动机7的旋转数和运转时间来检测卷取滚筒5的卷取比率Rr。这里，所谓卷取比率Rr是指，在将卷芯5a的半径rc设为初始值(百分之零)、将预先设定的卷取滚筒5的最外周半径r_max设为最大值(百分之百)的情况下，当前时刻的卷取滚筒5的半径r所占的比例。

显示部25是通过液晶显示器等其他显示装置来具体化的单元。

输入输出部26是通过键盘或鼠标等的指示设备、卡片阅读机等的输入输出装置来具体化的单元。

此外，也可通过卷取装置100所实施的方式，使控制单元20具备通信功能，与主计算机之间对控制程序及数据进行通信。

接着，对本实施方式中的控制部22执行的卷取张力Tw及夹持载荷N的控制进行说明。

首先，在表1中示出以下说明中使用的主要命名记号(Nomenclature)，在图2中表示所对应的主要物理量。

【表1】

参照图2，层间压力(径方向压缩应力)σ_r始终作用于卷取滚筒5的任意的卷取半径r的位置处的卷筒物10，在压迫位于其内侧的卷筒物10的各层的同时，受到来自位于其外径的卷筒物10的各层的压迫。另一方面，虽然圆周方向应力σ_t作用于圆周方向，但是由于卷取滚筒5的径方向位置，可能导致拉伸或者压缩。卷取滚筒5的宽度方向的应力通常视为一致来进行计算。针对这种应力状态，通过应用后述的卷筒物的卷取理论(Hakiel模型)，从而可以计算求出。

另外，在采用了夹持滚筒4的情况下，在夹持滚筒4与卷取滚筒5之间产生的夹持点45，产生夹持载荷N[N]。如后面的详细描述那样，夹持载荷N也会给卷取滚筒5的内部应力带来较大影响。此外，关于夹持载荷N而言，优选通过该夹持载荷除以卷筒物宽度而得到的夹持线载荷来进行计算，在本实施方式涉及的装置中，通过夹持线载荷来进行具体计算，但是为了说明的便利性，全部用夹持载荷N来统一地进行说明。

图1及图2所示的本实施方式涉及的卷取装置100被称作中心驱动卷取方式。这种中心驱动卷取方式中的内部应力的分析确认：被称作Hakiel模型的卷筒物的卷取理论是有效的。尤其是，Hakiel模型若不考虑空气的卷入及夹持载荷，则无法直接进行利用。因此，在以下的说明中，为了更深刻地理解本实施方式，使用在伴有空气的卷入和夹持载荷的情况下扩展后的Hakiel模型。以下，示出Hakiel模型的概略。

关于卷取滚筒5的第i层处的半径方向应力σ_ri，将第i+1层～第n层(卷取的最终层)的各层中的应力增量δσ_ri全部相加而求出，并通过式(1)进行表示。其中，第i层是指，将卷芯5a中的层设为第1个并按照向外层逐渐增加的顺序计数时的第i个层。

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ri}}=\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ\σ}}_{\mathrm{rij}}---\left(1\right)$

其中，δσ_rij表示卷到第i层时的第j层中的应力增量。

对式(1)的δσ_rij(在以下的式中省略了下标i、j)进行控制的方程式如下那样给出。

$r^2\frac{d^2{\mathrm{\δ\σ}}_r}{{\mathrm{dr}}^2}+(3-v_{\mathrm{rt}})r\frac{\mathrm{d\δ}{\mathrm{\σ}}_r}{\mathrm{dr}}+[1+v_{\mathrm{rt}}-\frac{E_{\mathrm{teq}}}{E_{\mathrm{req}}}]{\mathrm{\δ\σ}}_r=0---\left(2\right)$

由于式(2)是成为卷取的基本的方程式，因而以后也称作“卷取方程式”。关于卷取方程式(2)，由于相对于变量r而言包括最高2阶微分、且参数(E_teq/E_req)是r方向的非线性杨氏模量E_req的函数，所以在数学上该卷取方程式是非线性2阶常微分方程式。因此，为了求解卷取方程式(2)，需要与卷取滚筒5的最外层(r＝s)和最内层相关的2个边界条件。

这里，在考虑了夹持载荷的情况下，各边界条件如下所述。

${\mathrm{\δ\σ}}_r{|}_{r=s}=-\frac{T_w{|}_{r=s}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}N/W}{S},$ $\frac{d{\mathrm{\δ\σ}}_r}{\mathrm{dr}}{|}_{r=r_c}=[\frac{E_{\mathrm{teq}}}{E_c}-1+v_{\mathrm{rt}}]\frac{{\mathrm{\δ\σ}}_r{|}_{r=r_c}}{r_c}---\left(3\right)$

通过采用合并了初始卷筒物厚度t_f0和空気膜厚度h₀之后的厚度(t_f0+h₀)的等效层的应力与形变之间的关系、以及波义耳定律，能够如下求出考虑了空气卷入的式(3)的径方向以及圆周方向的杨氏模量E_req、E_teq。

$E_{\mathrm{req}}=\frac{t_{f0}+h_0}{t_{f0}/E_r+h_0/E_{\mathrm{ra}}},$ $E_{\mathrm{teq}}=\frac{t_f}{t_f+h}{E}_t---\left(4\right)$

其中，h₀是卷入空气薄膜的厚度，

t_f0是卷取开始初始时的卷筒物厚度。

其中，空气层的杨氏模量E_ra如下那样给出。

$E_{\mathrm{ra}}=\frac{{\left(\right|\mathrm{\σ}|+p_a)}^2}{(T_w{|}_{r=s}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}N/W)/s+p_a}---\left(5\right)$

进而，在卷取过程中，任意的卷取半径的卷筒物厚度tf和空气层的厚度h分别如下那样给出。

$t_f=[1-\frac{{\mathrm{\δ\σ}}_r}{E_r}]t_{f0},$ $h=\left[\frac{(T_w{|}_{r=s}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}N/W)/s+p_a}{\left|{\mathrm{\σ}}_r\right|+p_a}\right]h_0---\left(6\right)$

在式(4)～式(6)中，h₀和t_f0表示在卷取的初始阶段时的空气层的厚度和卷筒物厚度。

若在卷取时卷入了空气，则容易产生卷取滚筒5的卷筒物层间的滑动。因此，在尽可能降低卷入空气量来防止滑动的目的下，如本实施方式那样，大多采用利用了夹持辊4的中心驱动卷取方式。此时的空气层的厚度h₀能够通过卷取滚筒5与夹持滚筒之间的线接触EHL理论(Elastohydrodynamic lubrication Theory)来进行评价。在本实施方式中，利用如下所示的Hamrock和Dowson的结果(详细而言，Hamrock，B.J.，and Dowson，D.，”Elastohydrodynamic Lubrication of Elliptical Contacts toMaterials of Low Modulus I-Fully Flooded conjunction，”ASME J.LubricationTechnology，Vol.100，1978，pp.236-245)。

$E_r=C_0+C_1{\left|{\mathrm{\σ}}_r\right|}^{C_2}---\left(7\right)$

其中，C₀-C₂是通过实验获得的常数。

基于卷取滚筒5的等效内部应力，利用由式(1)-(7)求出的半径方向应力σ_r，圆周方向应力σ_t如以下的公式给出。

${\mathrm{\σ}}_t=r\frac{d{\mathrm{\σ}}_r}{\mathrm{dr}}+{\mathrm{\σ}}_r---\left(8\right)$

以上是基于Hakiel模型的卷筒物的卷取理论，目前通过规定的数值解析来确认张力方程式(2)的公式化和验证。另外，进行该验证的结果也可以确认：在使滚筒缺陷(roll defect)的主要原因即滚筒内部应力最优化时带来较大影响的参数是卷取张力Tw。另一方面，关于使卷取张力Tw最优化的手法，至今未得到充分的验证，况且，关于使夹持载荷N最优化的方法，至今也未研究过。因此，在本实施方式中提供下述手法：使卷取张力Tw最优化，并且在该过程中也使夹持载荷N最优化，从而处于平衡(trade-off)关系的各种卷取不良都得到了适当的消除。

首先，在图1示出的存储部21中存储有：以下说明的张力函数Tw(r)及夹持载荷函数N(r)、目标函数f(X)、约束函数g_i(X)(i＝2n+2m+2)。张力函数Tw(r)关于卷取半径r而计算卷取张力Tw。另外，夹持载荷函数N(r)关于卷取半径r而计算夹持载荷N。为使这些张力函数Tw(r)及式(10)的夹持载荷函数N(r)进化(最优化)，在本实施方式中，将圆周方向应力σ_t的平均值设为目标函数，给予一般用于使得星形缺陷、塑性变形、以及被称作塔形(telescope)的各种卷取不良都得到适当的消除的条件，从而可以实现张力的最优化，并且也可在使目标函数最小化的过程中使夹持载荷N也最优化。

关于本实施方式涉及的张力函数Tw(r)及夹持载荷函数N(r)，考虑函数的灵活性和易操作性，如以下所示那样，用与卷取滚筒5的卷取半径r相关的三次样条函数来表现卷取张力Tw，并将其存储在存储部21中。

$T_w\left(r\right)=\frac{M_i}{6\mathrm{\Δr}}{(r_{i+1}-r)}^3+\frac{M_i}{6\mathrm{\Δr}}{(r-r_i)}^3+[T_i-\frac{M_i{\mathrm{\Δr}}^2}{6}]\left[\frac{r_{i+1}-r}{\mathrm{\Δr}}\right]$

$-[T_{i+1}-\frac{M_{i+1}{\mathrm{\Δr}}^2}{6}]\left[\frac{r-r_i}{\mathrm{\Δr}}\right]---\left(9\right)$

$N\left(r\right)=\frac{M_i}{6\mathrm{\Δr}}{(r_{i+1}-r)}^3+\frac{M_i}{6\mathrm{\Δr}}{(r-r_i)}^3+[N_i-\frac{M_i{\mathrm{\Δr}}^2}{6}]\left[\frac{r_{i+1}-r}{\mathrm{\Δr}}\right]$

$-[N_{i+1}-\frac{M_{i+1}{\mathrm{\Δr}}^2}{6}]\left[\frac{r-r_i}{\mathrm{\Δr}}\right]---\left(10\right)$

其中，Δr是半径方向坐标r的等分割区间，

M_i是根据在各区间中表示的曲线的各节点位置处的一阶导数连续的条件而决定的形状参数。

由式(9)、(10)可知，在本实施方式中，将卷取滚筒的卷取开始点至最外周分割成n个等区间，通过样条法来插补各区间的卷取张力Tw及夹持载荷N。通过将式(9)、式(10)的M_i作为条件来设定，从而作为平滑地连接各区间的函数而表现所述卷取张力Tw及夹持载荷N。式(9)的张力函数Tw(r)及式(10)的夹持载荷函数N(r)，通过设定目标函数和约束函数而得到了最优化(进化)。即、按照使卷取滚筒5内的圆周方向应力的最小值为非负，圆周方向应力的平均值只要不限定就为零的方式，使式(9)、式(10)进化，从而可得到适当的卷取张力Tw及夹持载荷N。

参照图3，作为使式(9)的张力函数Tw(r)进化的方法，针对图3的虚线所示的进化过程((k+1)步幅)中的前阶段(实线所示的k步幅)的张力函数，将各切点P^(k)(r_i、T_i)的r坐标固定，使Tw坐标在正方向或者负方向上仅变化δT_i，而得到新的切点P^(k+1)(r_i、T_i+δT_i)。利用由此获得的新坐标值，通过式(9)来更新函数形式，从而逐渐进化至目标函数f(X)的值最优为止。

另外，关于式(10)的夹持载荷函数N(r)，也如图4所示那样，利用与图3同样的手法，针对由虚线所示的进化过程((k+1)步幅)中的前阶段(实线所示的k步幅)的夹持载荷函数，将各切点P^(k)(r_i、N_i)的r坐标固定，使N坐标在正方向或负方向上仅变化δN_i，而得到新的切点P^(k+1)(r_i、N_i+δN_i)。利用由此获得的新坐标值，通过式(10)来更新函数形式，从而逐渐进化至目标函数f(X)的值最优为止。

接着，对目标函数f(X)的变量进行说明。

在本实施方式中，目标函数f(X)的设计变量向量如以下所述那样进行定义，并被存储至存储部21中。

X＝(ΔT₁，ΔT₂，ΔT₃，...，ΔT_n，N₁，N₂，N₃₁，....N_m)    (11)

其中，将从卷芯位置到卷取滚筒的最外径的可执行区域在r方向上进行分割。

ΔT_i表示任意的半径位置r_i处的初始张力T_w0与进化途中(k步幅)的张力之差。

ΔN_i表示任意的半径位置r_i处的初始夹持载荷N₀与进化途中(k步幅)的夹持载荷之差。

在本实施方式中，如式(11)可知，将夹持载荷作为变量进行对待。通过在该设计变量向量上相加夹持载荷N的变量，从而可在使式(9)的张力函数Tw(r)及式(10)的夹持载荷函数N(r)进化的过程中使夹持载荷N最优化。

存储部21中存储的目标函数f(X)如下所述那样进行定义。

$f\left(X\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\{{(\frac{F_i}{F_{\mathrm{cr}}}-1)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ti}}}{{\mathrm{\σ}}_{t,\mathrm{ref}}}\right)}^2\}---\left(12\right)$

其中，F_i是卷筒物间的摩擦力，

F_cr是开始滑动的临界摩擦力，

σ_t，ref是圆周方向应力的参照值。

在本实施方式中，临界摩擦力F_cr是通过实验确定的值，例如为5kN。由于该临界摩擦力F_cr是被称作塔形的轴线方向的形状走样是否发生的临界值，所以如后述那样，也被称作“塔形条件值”。另外，摩擦力F_i、参照值σ_t，ref分别如下述那样进行定义。

F_i＝2πr_iμ_eff|σ_ri|W，σ_t，ref＝T_w0/t_w0        (13)

另一方面，对设计变量ΔT_i及夹持载荷N的最大值及最小值、圆周方向应力σ_tmin的最小值、以及卷筒物层间的平均摩擦力

进行约束的约束条件如下述那样进行定义，并被存储至存储部21中。

g_i(X)≤0(i＝1～2n+2m+2)        (14)

在(14)式中，约束函数g_i(X)(i＝1～2n+2m+2)如下述那样进行定义，并被存储至存储部21中。

$\left.\begin{array}{c}{g}_1={\mathrm{\ΔT}}_{1\min }-{\mathrm{\ΔT}}_1,g_2={\mathrm{\ΔT}}_1-{\mathrm{\ΔT}}_{1\max }\\ g_3={\mathrm{\ΔT}}_{2\min }-{\mathrm{\ΔT}}_2,g_4={\mathrm{\ΔT}}_2-{\mathrm{\ΔT}}_{2\max }\\ .\\ .\\ .\\ g_{2n-1}={\mathrm{\ΔT}}_{n\min }-{\mathrm{\ΔT}}_n,g_{2n}={\mathrm{\ΔT}}_n-{\mathrm{\ΔT}}_{n\max }\\ g_{2n+1}={\mathrm{\ΔN}}_{1\min }-{\mathrm{\ΔN}}_n,g_{2n+2}={\mathrm{\ΔN}}_1-{\mathrm{\ΔN}}_{1\max }\\ g_{2n+3}={\mathrm{\ΔN}}_{2\min }-{\mathrm{\ΔN}}_2,g_{2n+4}={\mathrm{\ΔN}}_2-{\mathrm{\ΔN}}_{2\max }\\ .\\ .\\ .\\ g_{2n+2m+1}={-\mathrm{\σ}}_{\min },\\ g_{2n+2m+2}=F_{\mathrm{cr}}-{\stackrel{\‾}{F}}_i(\mathrm{for\; r}\≤0.95r_{\max })\end{array}\right\}---\left(15\right)$

将以上内容归纳之后，则有：卷取张力Tw的最优化如下述那样进行表现。

FindX to minimizef(X)

(16)

subject to g_i(X)≤0(i＝1～2n+2m+2)

其次，为了实现上述的最优化处理，在存储部21中存储了与用于计算上述的预测理论模型的信息相关的表格211～221。在这里，表格是指在数据库系统中用二维矩阵(行和列)表现的数据的集合。

以下，参照图5，对本实施方式涉及的表格进行说明。此外，在以下的说明中，将表格列称为“属性”，将表格的每行的值(分配给属性的实际值)的集合称为“元组”。另外，在图5中，(PK)表示主键，(FK)表示外部键。主键，在表格内是唯一识别元组的1个或多个属性的集合。外部键，由于具有与主键相同的值，所以是用于参照具有该主键的表格的数据的1个或多个属性的集合。在将多个属性作为集合来表示的情况下，以带{}的形式进行表示。而且，图中的箭头表示表格间的关系(relationship)，表示位于箭头的终点侧的表格的外部键参照位于箭头的起点侧的表格的主键。另外，在2个表格之间，用基数(cardinality)(元组的个数)表示主键与外部键的对应关系，箭头表示具有起点为0或1个、终点为多个的基数。此外，图示的表格是逻辑性的存在，在物理方面，既可以由多个表格构成同一数据组，也可以由同一表格构成多个数据组。另外，各表格中设定的属性在该表格中只是为了说明本实施方式而列举出重要的属性，有时也具有图示的项目以外的属性。表格例如可由文本数据来实现。

参照图5，在存储部21的辅助存储装置中，作为主要表格而存储有：卷筒物表格211、卷芯表格212、夹持辊表格214、卷取设定表格215、以及最优化手法表格216。

卷筒物表格211是注册卷筒物10的各因素的表格，能够按照每个卷筒物零件号码(主键)，注册包括厚度h_f、宽度W、半径方向杨氏模量E_r、圆周方向杨氏模量E_t、RMS合成粗糙度σ_ff、静态摩擦系数μs、半径方向泊松比v_tr、圆周方向泊松比v_rt在内的参数。

卷芯表格212是注册卷芯5a的各因素的表格，能够按照每个卷芯零件号码(主键)，注册包括杨氏模量E_c、卷芯肉厚t_c、卷芯半径r_c、泊松比v在内的参数。

夹持辊表格214是注册夹持辊4的各因素的表格，能够按照每个夹持辊零件号码(主键)，注册包括该夹持辊4的半径r_n、杨氏模量E_n、泊松比v_n在内的参数。

卷取设定表格215是将卷取设定代码作为主键，按每个卷取率来设定卷取张力的(提供反比例曲线)的表格。例如，在后述的例子中，能够通过该卷取设定表格215中注册的设定，从运转开始至卷取比率为约百分之二十为止，卷取张力Tw为恒定值(例如为150N)，在经过百分之二十之后，按照根据卷取比率的增加而卷取滚筒5的直径与卷取张力Tw之积恒定的方式进行设定。

最优化手法表格216是在后述的最优化处理中确定用于给予在计算处理上述各式(9)～(15)时的具体条件的这一设定条件的表格，将最优化手法代码作为主键，注册用于选定是否固定初始锥形张力、卷取张力、夹持载荷的初始值、以及最终值的设定项目等。

接着，作为用于活用卷取装置100的细目表格，在本实施方式中设置了卷取规划表格220、卷取规划明细表格221、卷筒物产品管理表格222、最优卷取表格223、最优夹持载荷表格224。

卷取规划表格220是对用于管理卷取工序的规划的各因素进行存储的表格，能够按照每个卷取规划代码(主键)注册包括制造预定年月日、订货代码在内的项目。

卷取规划明细表格221是按照每个卷取规划代码注册按卷取规划生产的卷取滚筒5的规格及加工的一般规格的表格，能够按照每卷取规划的明细代码来注册：所使用的夹持辊4的零件号码、卷芯5a的零件号码、卷筒物10的零件号码、临界摩擦力F_cr(塔形条件值)、卷取长度、卷数n、最外层滚筒半径r_out、卷取滚筒5的数量。另外，卷取规划明细表格221包括卷取设定表格215、最优化手法表格216的外部键，能够按照每个卷取规划的明细进行卷取设定，并且能够设定最优化手法。进而，设置了对被设定的最优化手法中的初始锥形张力、夹持载荷的初始值进行设定的属性。

卷筒物产品管理表格222是用于管理按照由卷取规划明细表格221决定的每个规格而生产的各个具体产品(卷取滚筒5)的生产条件的表格，能够将由用于与卷取规划明细表格221建立关联的外部键{生产规划代码、明细代码}和制造号码构成的复合键作为主键，来注册制造年月日。

最优卷取表格223是用于设定与最优的卷取控制所需的卷取张力Tw相关的各因素的表格，能够按照每个卷取规划明细来设定卷取张力T_W、卷取速度(电动机旋转数)V、无因次滚筒半径位置r/r_c、卷取比率Rr。在该最优卷取表格223中，根据后述的最优化处理来注册式(9)的张力函数Tw(r)的计算结果。

最优夹持载荷表格224是用于设定与最优的卷取控制所需的夹持载荷N相关的各因素的表格，能够按照每个卷取规划明细来设定夹持载荷N、卷取速度(电动机旋转数)V、无因次滚筒半径位置r/r_c、卷取比率Rr。在该最优夹持载荷表格224中，根据后述的最优化处理来注册式(10)的夹持载荷函数N(r)的计算结果。另外，在本实施方式中，可知，最优卷取表格223和最优夹持载荷表格224以一对一的关系相互建立关联，并且将任意的卷取比率下的卷取张力Tw与夹持载荷N建立关联。

通过采用上述的表格211～221，能够制成各种画面及观察表，使操作人员实现最优化计算。

参照图6，在本实施方式中设置了用于执行最优化程序的画面300。该画面是从省略图示的主菜单转变来的。

在画面300中准备了：用于设定卷筒物及机械条件的指令按钮301、和用于基于所设定的诸条件来设定最优化计算方法的指令按钮303。最优化计算的设定结果被显示于文本框304，同时，卷取装置100的运转速度(电动机7的旋转数)和夹持载荷N分别显示于文本框305、306。操作人员通过观看在这些文本框中显示的数值来判断是否需要修正，在判断出无需修正的情况下，操作转送用的指令按钮307，将设定结果指示给控制单元20。控制单元20基于所设定的结果，卷取卷筒物10，加工至卷取滚筒5，并将该细目结果注册于图7示出的各表格221～224。另外，在画面300中准备了指令按钮308，以便能够根据需要而转变至主菜单或者前一个画面。

在操作了图6的指令按钮301的情况下，画面转变至用于设定卷筒物及机械条件的画面310。

参照图7，在画面310中设置了：用于选择卷筒物10的零件号码的组合框311、和将由组合框311选择出的卷筒物10的规格进行显示的一览表窗口312。从组合框311中，使得图5的卷筒物表格211中已注册的卷筒物零件号码被列表，且与从中选定的零件号码相关的各规格被显示于一览表窗口312。在需要注册新的零件号码的情况下，返回到主菜单中，从省略图示的注册画面进行注册。

另外，在画面310中设置了：用于选择卷芯5a的零件号码的组合框313、和对由组合框313选择出的卷芯5a的规格进行显示的一览表窗口314。从组合框313中，使得图5的卷芯表格212中已注册的卷芯零件号码被列表，且与从中选定的零件号码相关的各规格被显示于一览表窗口314。在需要注册新的零件号码的情况下，返回到主菜单中，从省略图示的注册画面进行注册。

另外，在画面310中设置了：用于选择夹持辊4的零件号码的组合框315、和对由组合框315选择出的夹持辊4的规格进行显示的一览表窗口316。从组合框315中，使得图5的夹持辊表格214中已注册的夹持辊零件号码被列表，且与从中选定的零件号码相关的各规格被显示于一览表窗口316。在需要注册新的零件号码的情况下，返回到主菜单中，从省略图示的注册画面进行注册。

操作人员确认被显示于一览表窗口312、314、316的规格，若所显示的内容没有变更，则操作执行用的指令按钮317而转变至下一个画面。若操作了指令按钮317，则画面转变至图8的运转条件输入用的画面320。

参照图8，在画面320中准备了用于选定最优化手法的组合框318。组合框318显示设定在图5的最优化手法表格216中的最优化手法代码，能够通过选定该代码来选定最优化处理中的设定条件。另外，在画面320中具备：用于设定运转速度的范围的文本框321、和用于输入塔形条件值(临界摩擦力F_cr)的文本框322。在图示的实施方式中，准备了通过运转速度的输入来显示规定的换算值的文本框323。

进而，在画面320中设置了用于设定卷取张力的上限值和下限值的文本框324a和324b，表示其换算值(夹持线载荷)的文本框325a、325b对应于上限值、下限值来设置。

另外，在画面320中设置了用于设定夹持载荷的上限值和下限值的文本框326a和326b。文本框324a、324b、326a、326b的值被注册在卷取规划明细表格221中。另外，在画面320中设置了：根据最优化手法在固定夹持载荷时输入该夹持载荷初始值的文本框326c。被输入于该文本框326c的值被注册在卷取规划明细表格221中。

在画面320中设置了用于基于所设定的条件来执行最优化处理的最优化执行按钮327。操作人员通过将上述的各因素输入至所对应的文本框等中，并点击(操作)该最优化执行按钮327，由此基于所设定的条件来执行最优化处理。在画面320中设置了表示最优化处理正在执行的显示窗口328，在该显示窗口328中显示规定的消息“在计算中。经过时间：00:00:00”等。若最优化处理结束，则转变至表示处理结果的画面330。

参照图9，画面330显示作为画面320一部分的项目的文本框324a、324b、325a、325b、326a和326b、以及按钮327、308、图表显示用的窗口332。在窗口332中显示基于计算结果的卷取张力Tw的图表Tw_INV、和夹持载荷N_INV。

接着，参照图10，对最优化处理进行说明。

若在图8的画面320中显示的最优化执行按钮327被点击，则控制单元20从图5的各表格中读取必要的数据(步骤S101)。接着，控制单元20将计数器变量k初始化为0(步骤S103)，基于所读取出的数据、基础方程式(26)以及与基础方程式(26)关联的诸式，向张力函数T_W(r)和夹持载荷函数N(r)的各个函数给予在最优化手法表格216中注册的初始锥形张力来进行计算，计算区画r0～rs中的卷取张力T_W及夹持载荷N(步骤S104)。在该最初的步骤(k＝0)中，例如以图3的假想线所示的直线的锥度率来设定卷取张力T_W，以图4的假想线所示的特性来设定夹持载荷N。

接着，控制单元20在约束函数gi(X)的约束下，搜索第k个目标函数f(X)^(k)的最小值(步骤S105)。接着，控制单元20基于在该阶段得到的设计变量向量之中的卷取张力T_W(ΔT_W1、ΔT_W2、ΔT_W3、……ΔT_Wn)使张力函数T_W(r)进化，基于夹持载荷N(ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、……ΔL_m)使夹持载荷N(r)进化。具体而言，将各切点P^(k)的r坐标固定，使T_W坐标在正方向或负方向上仅变化ΔT_Wi，由此得到新的切点P^(k)。例如，在由假想线所示的初始卷取张力T_W0进化了的情况下，张力函数T_W(r)进化成由实线所示的卷取张力T_Wk。另外，针对夹持载荷N(r)，也实施同样的计算，并得到新的切点P^(k)。

接着，控制单元20验证所搜索出的目标函数f(X)是否为最小值(步骤S107)，若不是最小值则将步幅k增加(步骤S108)之后重复进行步骤S6以后的处理，若达到最小值则移行至控制工序。

具体而言，根据基于在目标函数f(X)达到最小值之前进化的式(9)的张力函数T_W(r)的卷取张力T_W、和式(10)的夹持载荷函数N(r)，来控制电动机7(步骤S109)。其结果，无论在刚卷取之后还是在发生了温度变化之后，都可得到星形缺陷、塑性变形、及塔形均未产生的卷取滚筒5。

接着，为了明确本实施方式的作用效果，对几个计算例进行说明。

首先，参照图11，对在本申请发明的开发过程中获得的卷取张力Tw的特性进行说明。

在利用了本件发明的申请人在先提出的专利文献1涉及的技术，用规定的值(在图示的例子中为N＝50)来固定夹持载荷N的情况下，其特性为Tw_cov。在该特定下，自卷取比率Rr的约百分之二十，在后半侧卷筒物10的卷取张力Tw逐渐减少。在如特性Tw_cov那样设定电动机7的运转条件的情况下，其输出被约束为由假想线所示的可输出范围M。

可输出范围M按照以下的顺序进行计算。

即、卷芯5a的旋转数Nr[rpm]及转矩τ[N·m]如下式那样。

$\mathrm{Nr}=\frac{V}{\mathrm{Tw}}---\left(17\right)$

其中，V：被卷取的卷筒物的线速度[m/min]

τ＝Tw×r                        (18)

根据这些式(17)、式(18)可知，在线速度恒定、卷取张力恒定的情况下，电动机的旋转数Nr及转矩τ随着卷取直径的增加而变化。

另一方面，马力P[kw]如下所示。

$P=\frac{\mathrm{\τ}\·\mathrm{Nr}}{973}---\left(19\right)$

$=\frac{\mathrm{Tw}\·V}{6120}---\left(9^{,}\right)$

式(19’)表示在速度恒定、张力恒定的情况下，与直径的变化无关而为恒定输出。

因此，根据式(19’)，能够如下式那样求出电动机的必要马力。

其中，η：效率

R：有效马力范围。

另外，若有下式(21)，

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\πNr}}{60}---\left(21\right)$

则马力为P＝ωτ，故能够基于式(21)计算各种样式。

以下示出计算例。

【表2】

与之相对，在利用本发明的申请人在先提出的非专利文献1涉及的最优化技术，用与特性Tw_cov相同的常数来固定夹持载荷N，使卷取张力Tw最优化的情况下，其特定如Tw_opt所示那样。由图可知，在被最优化后的特性下，在卷取比率Rr为百分之七十以后，较急剧地提高卷取张力Tw。可知在这种特性下，图12A～图12C所示的摩擦力F、半径方向应力σr、圆周方向应力σ_t都为良好的特性，能够适当地避免卷取瓦解、皱纹等的卷取不良。

可是，也可知在以往如Tw_cov那样设定电动机7的运转特性的情况下，在卷取比率Rr为百分之百的位置处，获得最优的卷取张力所需的电动机输出特性会成为电动机7的可输出范围M的区域之外，故难以使电动机7追踪特性Tw_opt。

因此，本申请的发明者为使Tw_cov的运转特性接近与最优特性Tw_opt相同效果的运转特性，研究了图11所示的几个比较例。在以下说明的比较例中，都是夹持载荷N为与特性Tw_opt相同的常数(N＝50)。

第1比较例Tw_T1是相对于最优特性Tw_opt而言将卷取后的卷取张力Tw提升至百分之一百三十的情况。

第2比较例Tw_T2是相对于最优特性Tw_opt而言将卷取后的卷取张力Tw下降至百分之八十的情况。

第3比较例Tw_T3是相对于最优特性Tw_opt而言在卷取比率为约百分之五十的位置处过渡地增加卷取张力的情况。

参照图12A～图12C，在第1比较例Tw_T1的情况下，确认出：在卷取比率Rr的前半侧，摩擦力F、半径方向应力σr具有变得过高的趋势。

另外，在第2比较例Tw_T2的情况下，确认出：在卷取比率Rr的前半侧，摩擦力F、半径方向应力σr具有变得过低的趋势。

而且，在第3比较例Tw_T3的情况下，发现：在使卷取张力Tw上升的时刻，摩擦力F、半径方向应力σr具有变得过高的过渡性趋势。

除此之外，在各比较例Tw_T1～_T3中，圆周方向应力σ_t均未成为适当值。

由此可知，仅操作卷取张力Tw，难以获得可单纯地从特性Tw_cov代替为特性Tw_opt的特性。

另外，在之后的研究中，也确认出：特性Tw_opt下的卷取比率Rr的后半侧的卷取张力Tw的增加用于避免被称作塔形的卷取不良是有效的。

由此可知，本申请的发明者如式(11)那样，将夹持载荷N作为变量对待，通过使卷取张力Tw和夹持载荷N同时最优化，由此可以成功地用夹持载荷N来补充卷取张力Tw的卷取比率Rr在后半侧的张力不足。

如以上说明那样，根据本实施方式，提供一种卷筒物卷取装置100，具备：使卷取卷筒物10的卷芯5a旋转的作为卷取电动机的电动机7、和通过调整电动机7的转速来调整卷取时的张力的作为张力调整单元的电动机控制部23；优选按照在卷筒物10被卷取至卷芯5a而形成的卷取滚筒5的卷取范围自规定的卷取比率Rr起的后半侧，减少卷筒物10的卷取张力Tw的方式设定的卷筒物卷取装置100中，还具备：夹持辊4，其按压由卷芯5a卷取的卷筒物10的外周；作为夹持载荷调整单元的夹持载荷调整装置6，其调整夹持辊4向卷筒物10夹持的夹持载荷N；和作为夹持载荷控制单元的夹持载荷调整部24，其控制夹持载荷调整装置6，以便在卷取比率Rr为百分之八十以上的卷取范围内随着卷取比率Rr的增加而增加夹持载荷N。

根据本实施方式，在图10的步骤S109中执行：卷取比率检测步骤，检测卷取滚筒5的卷取比率Rr；和夹持载荷控制步骤，控制夹持载荷N，以便在检测出的卷取比率Rr为百分之八十以上的卷取范围内，随着该卷取比率Rr的增加而增加夹持载荷N。

因此，在本实施方式中，预先在卷取滚筒5的卷取比率Rr自规定的值起的后半侧，卷取张力Tw逐渐减少，所以如以往那样能够获得没有皱纹及松弛等的卷取不良的卷取滚筒5。并且，在卷取滚筒5的卷取比率Rr为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率Rr的增加而增加夹持载荷N，所以能够用夹持载荷N来补充容易在卷取的后半侧产生的卷取张力Tw的不足量。因此，能够发挥更适当的卷取特性，能够适当地分配卷取滚筒5的内部应力。其结果，优于以往技术，能够防止皱纹及松弛的发生。

另外，在本实施方式中，还具备：张力函数存储单元，其存储关于卷芯5a的径方向坐标来表示卷取张力Tw的张力函数；目标函数存储单元，其存储目标函数，该目标函数至少以作用于卷筒物10的卷取滚筒5的圆周方向应力σr、层间的摩擦力F、和产生滑动的临界摩擦力F_cr作为参数；约束函数存储单元，其存储约束函数，该约束函数按照卷取滚筒5内部的半径方向应力的最小值取正值、且摩擦力F为临界摩擦力F_cr以上的方式来设定目标函数的约束；和进化处理单元，其在约束函数所设定的条件下使张力函数进化直至目标函数变小为止；夹持载荷调整部24基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力Tw来控制电动机控制部23，并且基于目标函数变小时的值来控制夹持载荷N。因此，在本实施方式中，因为能够使设定卷取张力Tw的张力函数在规定条件下进化，并计算适当的卷取张力Tw，所以既能防止皱纹及松弛，也能够以极其适当的状态卷取各种卷筒物10。

另外，在本实施方式中，约束函数存储单元存储以夹持载荷N为变量的设计变量，来作为约束函数的参数，进化处理单元将夹持载荷N作为变量来最优化。因此，在本实施方式中，也能考虑被用作设计变量的要素的夹持载荷N来最优化，所以能够将夹持辊4的按压力调整为更适当的值。因此，能够根据精致的解析模型使卷取张力Tw最优化。除此之外，在卷取滚筒5的卷取比率Rr为百分之八十以上的卷取范围内，既能维持最优的卷取张力Tw，又能使随着卷取比率Rr的增加而增加的夹持载荷N最优化，所以能够获得极其适当的卷取特性。

因此，根据本实施方式，如以往那样能够获得没有皱纹及松弛等的卷取不良的卷取滚筒5，另一方面，在卷取滚筒5的卷取比率Rr为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率Rr的增加而增加夹持载荷N，所以能够用夹持载荷N来补充容易在卷取的后半侧产生的卷取张力Tw的不足量。因此，发挥更适当的卷取特性，并适当地分配卷取滚筒5的内部应力。其结果，优于以往技术，起到能够防止皱纹及松弛的发生这样的显著效果。

【实施例】

以下示出实施例。

(第1实施例)

参照图13，在第1实施例中，在使卷取张力Tw、夹持载荷N的初始值不固定、且可自由调整的条件下，执行了最优化处理。在第1实施例中，卷取张力Tw、夹持载荷N的特性分别如Tw_INV、N_INV所示那样。由图13可知，该卷取张力Tw_INV大幅度地下降至卷取比率Rr为百分之二十的位置，在百分之二十以后，先缓慢下降然后逐渐增加至约百分之八十。并且，即便在卷取比率Rr为百分之百的位置处，该值也与专利文献1涉及的技术中的特性Tw_cov大致相同，间隙(gap)SH成为尽可能接近0的值。

参照图14A，可确认出：第1实施例中的摩擦力F在卷取比率Rr的大致整个区域内都变得比临界摩擦力F_cr高，为良好的摩擦力特性。另外，如图14B所示，可确认出：在半径方向应力的整个区域内得到与特性Tw_opt近似的特性。进而，如图14C所示，可确认出：在圆周方向应力的整个区域内能维持0以上的值。

其结果，可确认出：即便在根据专利文献1涉及的技术设定了电动机7的运转特性并维持该设定的状态下，通过第1实施例也能够得到最优的卷取张力Tw。

(第2实施例)

参照图15，在第2实施例中，在卷取张力Tw、夹持载荷N双方中均固定初始值，并执行了最优化处理。其结果，获得了与图14A～图14C大致相同的结果。其结果，可确认出：即便在将卷取张力Tw、夹持载荷N双方的初始值固定并执行了最优化处理的情况下，也能够根据专利文献1涉及的技术来设定电动机7的运转特性，并且获得最优的卷取张力Tw。

(第1比较例)

参照图16，在第1比较例中，将夹持载荷N固定成规定的最优值(在图示的比较例中为N＝107N/m)，并实施了仅使卷取张力Tw最优化的处理。

结果如Tw_cp1所示那样。在第1比较例中，在卷取比率Rr为百分之百的位置处，会成为可输出范围M的区域外部。

(第2比较例)

参照图17，在第2比较例中，将夹持载荷N的初始值固定，实施防止卷取初始皱纹的措施，并且在卷取比率为百分之二十五以后将夹持载荷N固定，实施使卷取张力Tw最优化的处理。

结果如Tw_cp2所示那样。即便在第2比较例中，在卷取比率Rr为百分之百的位置处，也会成为可输出范围M的区域外部。

(第3比较例)

参照图18，在第3比较例中，用任意的值(N＝100)将夹持载荷N固定，并实施了仅使卷取张力Tw最优化的处理。

结果如Tw_cp3所述那样。即便在该第3比较例中，在卷取比率Rr为百分之百的位置处，也会成为可输出范围M的区域外部。

图19～图23以图表的形式表示基于第1、第2实施例、以及第1～第3比较例的特性的卷取滚筒5的内部应力。

由这些图可知，虽然无论在哪种情况下，摩擦力F、半径方向应力σr、圆周方向应力σ_t均适当，但是在第1、第2实施例中，能够将卷取比率Rr为百分之百的位置处的卷取张力Tw_INV抑制得较低，相对于此，在第1～第3比较例中，卷取比率Rr为百分之百的位置处的卷取张力Tw_cp1～Tw_cp3变高。

本发明并不限定于上述的实施方式、

例如，也可利用图24所示的程序来近似地谋求最优控制。

参照图24，在该图所示的变形例中，基于专利文献1的技术，在控制单元20中预先设定电动机7的运转特性(步骤S200)。另外，预先将预先设定的卷取比率(优选为百分之八十)设定为阈值。控制单元20计算卷取比率(步骤S201)，判定所计算出的卷取比率是否达到阈值(步骤S202)。在假设卷取比率达到了阈值的情况下，控制单元20使夹持载荷N根据卷取量以规定的比率上升(步骤S203)。此时，卷取张力Tw一直维持在步骤S200中设定的值。控制单元20判定是否达到卷取量、即卷取比率是否达到百分之百(步骤S204)，在未达到卷取量的情况下移行至步骤S203重复进行上述的处理，在达到了卷取量的情况下结束处理。另外，在步骤S202中判定出卷取比率未达到阈值的情况下，基于在步骤S200中设定的设定值来控制卷取张力(步骤S205)，然后移行至步骤S201重复上述的处理。

在图24所示的例子中，通过预先基于实验、最优值的模拟仿真计算来确定步骤S202中的阈值和步骤S203中的夹持载荷的上升比率，从而可以在不按照每个工序执行最优值计算的情况下，近似地获得最优的卷取特性。

除此之外，当然也可以在本发明的权利要求范围内进行各种变更。

Claims (6)

1.一种卷筒物卷取装置，具备：卷取电动机，其使卷取卷筒物的卷芯旋转；和张力调整单元，其通过调整卷取电动机的转速来调整卷取时的张力，

所述卷筒物卷取装置的特征在于，还具备：

夹持辊，其按压由所述卷芯卷取的卷筒物的外周；

夹持载荷调整单元，其调整所述夹持辊向卷筒物夹持的夹持载荷；和

夹持载荷控制单元，其控制所述夹持载荷调整单元，以便在所述卷取滚筒的卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着卷取比率的增加而增加所述夹持载荷。

2.根据权利要求1所述的卷筒物卷取装置，其特征在于，

所述卷筒物卷取装置还具备：

张力函数存储单元，其存储关于所述卷芯的径方向坐标来表示所述卷取张力的张力函数；

目标函数存储单元，其存储目标函数，该目标函数至少以作用于所述卷筒物的卷取滚筒的圆周方向应力、层间的摩擦力、和产生滑动的临界摩擦力作为参数；

约束函数存储单元，其存储约束函数，该约束函数按照所述卷取滚筒内部的半径方向应力的最小值取正值、且所述摩擦力为所述临界摩擦力以上的方式来设定所述目标函数的约束；和

进化处理单元，其在所述约束函数所设定的条件下使所述张力函数进化直至所述目标函数变小为止，

所述夹持载荷控制单元基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的值来控制所述夹持载荷。

3.根据权利要求2所述的卷筒物卷取装置，其特征在于，

所述约束函数存储单元存储以所述夹持载荷为变量的设计变量，来作为所述约束函数的参数，

所述进化处理单元使被设定为变量的所述夹持载荷最优化。

4.一种控制卷筒物卷取装置的控制方法，所述卷筒物卷取装置具备：卷取电动机，其使卷取卷筒物的卷芯旋转；张力调整单元，其通过调整卷取电动机的转速来调整卷取时的张力；和夹持辊，其按压由所述卷芯卷取的卷筒物的外周，

在所述卷筒物卷取装置的控制方法中包括下述步骤：

卷取比率检测步骤，检测所述卷取滚筒的卷取比率；和

夹持载荷控制步骤，控制所述夹持载荷，以便在检测出的所述卷取比率为百分之八十以上的卷取范围内，随着该卷取比率的增加而增加所述夹持载荷。

5.根据权利要求4所述的卷筒物卷取装置的控制方法，其特征在于，

所述卷筒物卷取装置的控制方法还包括：

张力函数定义步骤，定义关于所述卷芯的径方向坐标来表示所述卷取张力的张力函数；

目标函数定义步骤，定义目标函数，该目标函数至少以作用于所述卷筒物的卷取滚筒的圆周方向应力、层间的摩擦力、和产生滑动的临界摩擦力作为参数；

约束函数定义步骤，定义约束函数，该约束函数按照所述卷取滚筒内部的半径方向应力的最小值取正值、且所述摩擦力为所述临界摩擦力以上的方式来设定所述目标函数的约束；

进化步骤，在所述约束函数所设定的条件下使所述张力函数进化直至所述目标函数变小为止；和

控制步骤，基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的夹持载荷来控制所述卷取装置的所述夹持载荷，

在所述夹持载荷控制步骤中，基于由进化后的张力函数计算出的卷取张力来控制所述张力调整单元，并且基于所述目标函数变小时的值来控制所述夹持载荷。

6.根据权利要求5所述的卷筒物卷取装置的控制方法，其特征在于，

在所述约束函数定义步骤中，定义以所述夹持载荷为变量的设计变量，来作为所述约束函数的参数，

在所述进化步骤中，使被设定为变量的所述夹持载荷最优化。

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