DE60009462T2

DE60009462T2 - Verfahren zur elektronischen steuerung einer rotationsschneidevorrichtung mittels einer steuerkurve sowie verfahren zur erzeugung einer elektronischen steuerkurve

Info

Publication number: DE60009462T2
Application number: DE60009462T
Authority: DE
Inventors: Masao Kitakyushu-shi IKEGUCHI
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-01-08
Also published as: US6781339B1; CN1160175C; TW477921B; EP1151830A1; EP1151830A4; KR100635660B1; JP2000198094A; CN1336863A; DE60009462D1; EP1151830B1; WO2000041858A1; KR20010101389A; JP3387842B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Maschine, bei der eine Bewegung eines speziellen Abschnitts in einem Zyklus definiert wird, wie eine Drehschneidvorrichtung zum kontinuierlichen Schneiden von Rollenpapier, einem Eisenblech oder dergleichen, das sich aufeinanderfolgend fortbewegt, in eine vorgegebene Länge und ohne Anhalten der Fortbewegung, oder einer kontinuierlichen Verpackungsmaschine zum Ausführen einer Siegelungsbearbeitung synchron zu einem Film, Papier oder dergleichen, das sich aufeinanderfolgend fortbewegt, indem ein Servomotor verwendet wird und eine elektronische Nockenkurve einschließlich einer Vorhersage zu einem nächsten Zyklus hergestellt wird.
Als ein Schneidsteuerverfahren für eine Drehschneidvorrichtung der herkömmlichen Technik ist beispielsweise eine Bewegungssteuervorrichtung bekannt, die in JP-A-5-337729 offenbart wird. 20 ist ein Steuerblockdiagramm der Bewegungssteuervorrichtung der herkömmlichen Technik. Die Geschwindigkeit und die Fortbewegungsstrecke eines sich fortbewegenden Werkstücks (215) werden mit einem willkürlichen Verhältnis durch eine elektronische Vorrichtung (203) umgewandelt, und ein Impulsverteiler (1) (204) erzeugt einen Befehlsimpuls. Die Schnittlänge des Werkstücks wird durch eine Einstellvorrichtung (205) eingegeben, ein Positionskorrekturwert eines Drehmessers wird durch einen Befehlsdatenberechnungsabschnitt (206) bestimmt, ein Korrekturimpuls wird von einem Impulsverteiler (2) (208) ausgegeben, und die Impulse werden durch einen Kombinationskreis (209) miteinander kombiniert, wodurch eine Servosteuerung durchgeführt wird.
Speziell wenn, wie in einem Geschwindigkeitsmusterdiagramm von 21 gezeigt, die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks (215), wie in 21A gezeigt, auf V1 eingestellt ist, und die Umfangsgeschwindigkeit des Drehmessers (213) durch den Verteiler (1) so angepasst wird, dass sie der Werkstück-Fortbewegungsgeschwindigkeit V1, wie in 21B gezeigt, entspricht, wird die Geschwindigkeit durch eine Geschwindigkeitswellenform V2 auf Grund eines Positionskorrekturbefehls für das Schnittmesser (durch eine Ausgabe des Verteilers (2)), wie in 21C gezeigt, korrigiert, da die Schnittlänge des Werkstücks (215) nicht mit der Umfangslänge des Drehmessers übereinstimmt, und es wird, wie in 21D gezeigt, eine Schneidzone zu derselben Geschwindigkeit wie die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Werkstücks (215) gesteuert, und eine Nichtschneid-Zone (Korrekturzone) wird zusätzlich zu einer Geschwindigkeit V3 = V2 + V1 gesteuert.
Des Weiteren zeigen 21E und 21F eine Korrekturrichtung beispielsweise bei einem langen Schneidvorgang, bei dem die Schnittlänge größer als die Umfangslänge des Messers ist, und es wird eine subtraktive Steuerung in der Verzögerungsrichtung durchgeführt. Zusätzlich zu der Drehschneidvorrichtung kann auch ein Seitensiegelungsmechanismus einer vertikalen kontinuierlichen Verpackungsmaschine oder dergleichen gesteuert angetrieben werden.
22 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer elektronischen Nockensteuerung der herkömmlichen Technik zeigt, und ist ein Steuerblockdiagramm eines elektronischen Nockens, der in JP-A-7-311609 offenbart wird. Bei der Konfiguration von 22 wird eine Nockenkurve (319), die zuvor im Einklang mit Operationseigenschaften einer Last (313) vorbereitet wurde, in eine Zentraleinheit (301) einer Berechnungsvorrichtung eingegeben, und die Zentraleinheit (301) gibt einen Positionsbefehlswert (S), einen Geschwindigkeitsbefehlswert (V) und einen Beschleunigungsbefehlswert (A) an Vergleicher aus, bei denen ein Subtraktor jeweils mit einem Zähler, einem V/F-Wandler oder einem Differentiator kombiniert ist, und führt eine FB-Steuerung auf der Basis eines Ausgabeimpulses eines Impulsgenerators (314) durch, der einen Versatz der Last (313) erfasst.
Bei den Beispielen der herkömmlichen Technik ist jedoch im Falle von JP-A-5-337729 das Korrekturverfahren, bei dem die Schneidzeitgebung durch Addieren (bei einem kurzen Schneidvorgang) oder Subtrahieren (bei einem langen Schneidvorgang) einer Trapezgeschwindigkeit entsprechend der Differenz zwischen der Umfangslänge und der Schnittlänge zu oder von der Umfangsgeschwindigkeit des Drehmessers, die der Bearbeitungsgeschwindigkeit V1 der Bearbeitungslinie entspricht, angepasst wird, nicht neu. Bei den Inhalten der Steuerung wird außerdem im Bezug auf die Positionssteuerung ein optimales Positionsmuster nicht von einer elektronischen Nockenkurve oder dergleichen erzeugt. Daher wird die Geschwindigkeitssteuerung hauptsächlich auf der Basis der Addition oder der Subtraktion der korrigierten Geschwindigkeit durchgeführt.
Bei einer solchen Trapezgeschwindigkeitssteuerung, wie in 24 gezeigt, muss, im Besonderen bei der Steuerung einer Drehschneidvorrichtung, die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei einem kurzen Schneidvorgang verringert werden, da die Spitze eines während der Beschleunigung oder Verzögerung benötigten Drehmoments hoch ist. Dies erzeugt insofern ein Problem, dass die Produktivität gesenkt wird.
Bei dem Vorschlag von JP-A-7-311609 wird die Technik, den nachfolgenden Verzug soweit wie möglich mit Hilfe einer Steuerung auf der Basis der Nockenkurve (319) (Positionsmuster), die zuvor vorbereitet wird, vorgeschlagen, und die Konfiguration außer der zur Verwendung der Nockenkurve ist streng mit der Linienkonfiguration der herkömmlichen Technik identisch. Die Konfiguration von 22 ist nämlich eine Linienkonfiguration, bei der eine Geschwindigkeitsmitkopplung (V) und ein Drehmomentkompensator (A) durch die Zentraleinheit einer Positionssteuerung, die in 23 gezeigt wird und einen herkömmlichen Servomotor verwendet, hinzugefügt werden, und liegt innerhalb eines Umfangs einer herkömmlichen Steuertechnik. Wenn der Geschwindigkeitsbefehl (V) und der Beschleunigungsbefehl (A) von der Zentraleinheit nur auf dem Positionsmuster basierend herzustellen sind, muss ein Differentialprozess auf der Basis der Abtastperiode durchgeführt werden. Der Geschwindigkeitsbefehl (V) und der Beschleunigungsbefehl (A), die auf diese Weise hergestellt werden, bleiben bereits hinter der tatsächlichen Geschwindigkeit zurück. Daher wird der Effekt auf eine Hälfte seines Ursprünglichen reduziert, wenn keine Gegenmaßnahme aus der Sicht der Vorhersagesteuerung getroffen wird.
US-A-4 724 732 offenbart ein anderes Verfahren zum Steuern einer Drehschneidvorrichtung. Eine Ausgabe eines mit einer Walze gekoppelten Impulsgenerators wird im Lauf der Zeit in einen Integrator integriert, der eine Materialbewegungsstrecke herstellt, die an einen Optimalpositions-Befehlsgenerator, Optimalgeschwindigkeitsverhältnis-Befehlsgenerator und einen Optimalbeschleunigungsverhältnis-Befehlsgenerator geliefert wird. Die Ausgabe des Optimalpositions-Befehlsgenerators ist eine kubische Funktion. Die Ausgaben des Optimalpositions-Befehlsgenerators, des Optimalgeschwindigkeitsverhältnis-Befehlsgenerator und des Optimalbeschleunigungsverhältnis-Befehlsgenerators werden zum Steuern der Geschwindigkeit von Scherkanten verwendet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer elektronischen Nocken-Drehschneidvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Nockenkurve bereitzustellen, die bei einer Steuerung von beispielsweise einer Drehschneidvorrichtung oder einer kontinuierlichen Verpackungsmaschine, die von einem Servomotor angetrieben wird, eine Steuerung richtiger Positionen durchführen, während eine Positionsschleife in dem gesamten Bereich ausgebildet wird und eine elektronische Nockensteuerung eines kontinuierlichen Korrelationssystems, das zu dem nächsten Zyklus reicht, konfiguriert wird, eine Steuerung auf Grund desselben Logarithmus ermöglichen, die automatisch sowohl lange als auch kurze Schnittlängen oder Beutellängen abwickeln kann, die Produktivität bei einem kurzen Schneidvorgang deutlich verbessern, eine ausgezeichnete Verfolgbarkeit aufweisen und die Steuergenauigkeit verbessern.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zum Steuern einer elektronischen Nocken-Drehschneidvorrichtung, die von einem Servomotor angetrieben wird und die bei langen und kurzen Schneidvorgängen durch unterschiedliche Geschwindigkeitswellenformen auf der Basis einer elektronischen Nockenkurve gesteuert wird, eine Positionsschleife in einem gesamten Bereich auf der Basis einer elektronischen Nockenkurve ausgebildet wird, eine elektronische Nockenkurve einer kubischen Funktion als ein Positionsmuster für eine Nichtschneid-Zone verwendet wird und eine elektronische Nockenkurve einer quadratischen Funktion als ein Geschwindigkeitsmuster verwendet wird, so dass eine Steuerung ermöglicht wird, wobei ein selber Logarithmus veranlasst wird, automatisch die langen und kurzen Schneidvorgänge und eine Änderung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit abzuwickeln.
Nach dieser Konfiguration wird ein zu steuerndes Muster richtiger Positionen zuvor vorbereitet, und eine Positionssteuerung wird in jedem Moment über den gesamten Bereich einschließlich der Schneid- und Nichtschneid-Zonen auf der Basis des Positionsmusters durchgeführt, so dass eine Steuerung richtiger Schneidpositionen auf der Basis einer elektronischen Nockenkurve ermöglicht wird. Als die elektronische Nockenkurve wird eine kubische Funktion als ein Positionsmuster verwendet, und eine quadratische Funktion wird als ein Geschwindigkeitsmuster verwendet. Durch die Steuerungsinhalte auf der Basis eines Algorithmus, bei dem kontinuierliche Korrelationen zwischen der Position und der Geschwindigkeit bei der Zeitgebung, wenn der Schneidvorgang beendet wird, und denen bei der Zeitgebung, wenn der Schneidvorgang des nächsten Zyklus begonnen wird, beibehalten werden, kann eine Schneidpositionssteuerung konfiguriert werden, die eine ausgezeichnete Verfolgbarkeit aufweist und bei der derselbe Algorithmus ermöglicht wird, um automatisch die langen und kurzen Schneidvorgänge und eine Anderung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit abzuwickeln.
Ein Verfahren zum Steuern einer elektronischen Nocken-Drehschneidvorrichtung umfasst das Steuern bei langen und kurzen Schneidvorgängen durch unterschiedliche Geschwindigkeitswellenformen auf der Basis einer elektronischen Nockenkurve, wobei eine Bearbeitungsgeschwindigkeit gesteuert wird, um bei dem kurzen Schneidvorgang verringert zu werden, eine Positionsschleife in einem gesamten Bereich auf der Basis einer elektronischen Nockenkurve ausgebildet wird, eine elektronische Nockenkurve einer kubischen Funktion als ein Positionsmuster für eine Nichtschneid-Zone verwendet wird und eine elektronische Nockenkurve einer quadratischen Funktion als ein Geschwindigkeitsmuster verwendet wird, so dass die Notwendigkeit einer Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit selbst in einem Längenbereich beseitigt wird, der kürzer als ein Bereich einer herkömmlichen Technik ist, und ein Schneidvorgang ermöglicht wird, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu 100% aufrechterhalten wird.
Nach dieser Konfiguration ist das Geschwindigkeitsmuster auf der Basis der elektronischen Nockenkurve eine quadratische Kurve, und ein zum Beschleunigen und Verzögern in der Nichtschneid-Zone erforderliches Drehmoment wird über den gesamten Bereich gestreut, so dass das quadratische Mittel des Drehmoments kleiner als das bei einer Trapezgeschwindigkeit ist, wo die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit etwas kurz ist. Bei einem kurzen Schneidvorgang, bei dem die Beschleunigungs- oder Verzögerungsfrequenz im Besonderen höher ist, wird das Schneiden ermöglicht, selbst wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht auf eine Länge gesenkt wird, die kürzer als die einer herkömmlichen Technik ist.
Bei dem Verfahren des Steuerns einer elektronischen Nocken-Drehschneidvorrichtung ist vorzugsweise ein Geschwindigkeitsmuster eines spiralförmigen Messers auf Grund eines Nockenkurvendiagramms in einer Schneidzone identisch mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit, und in der Nichtschneid-Zone ist eine quadratische Kurve, die in dem kurzen Schneidvorgang erhöht ist, und eine quadratische Kurve, die in dem langen Schneidvorgang verringert ist, und ein Geschwindigkeitsmuster eines geraden Messers ein Muster, das sich von dem spiralförmigen Messer darin unterscheidet, dass nur die Geschwindigkeit in der Schneidzone proportional zu 1/cosθ ist.
Nach dieser Konfiguration können sowohl das spiralförmige Messer als auch das gerade Messer auf ähnliche Weise durch ein Geschwindigkeitsmuster einer quadratischen Kurve gesteuert werden. Bei einem geraden Messer wird das Geschwindigkeitsmuster in der Schneidzone auf 1/cosθ eingestellt, so dass ermöglicht wird, dass ein Werkstück, das sich kontinuierlich mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit fortbewegt, in einer Richtung senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung auf dieselbe Weise geschnitten wird wie bei einem spiralförmigen Messer.
Nachdem eine Siegelungsbearbeitung, eine Schneidbearbeitung oder dergleichen synchron zu einem Werkstück in einer Zone einer bestimmten Phase eines Zyklus eines Drehmechanismus, wie einem Seitensiegelungsmechanismus einer vertikalen kontinuierlichen Verpackungsmaschine, die durch einen Servomotor angetrieben wird, oder einer Drehschneidvorrichtung, die ein Werkstück auf eine konstante Länge schneidet, durchgeführt wurde, wird eine kubische Funktion bei einem Positionsbefehl nach einem kontinuierlichen Korrelationssteuersystem einschließlich einer Vorhersage zu einem Beginn einer Bearbeitung in einem nächsten Zyklus verwendet, und eine quadratische Funktion wird bei einer Geschwindigkeitsmitkopplung verwendet, so dass eine optimale elektronische Nockenkurve bestimmt wird, während eine Beutellänge oder eine Schnittlänge des Werkstücks unabhängig von einem Wert der Umfangslänge/M (M = 1, 2, ..., die Anzahl von Siegelflächen oder Messern) automatisch Entsprechung durchführen kann.
Nach dieser Konfiguration wird, wenn eine Siegelungs- oder Schneidbearbeitung synchron zu der Bearbeitungsgeschwindigkeit eines Films, Papiers oder eines anderen Werkstücks in einer Zone einer bestimmten Phase (eine Siegelungszone oder eine Schneidzone) in einem Zyklus des Drehmechanismus durchzuführen ist, ein Positionsmuster als ein Positionsbefehl verwendet, und ein Geschwindigkeitsmuster wird als eine Geschwindigkeitsmitkopplung durch eine kontinuierliche Korrelationssteuerung verwendet, bei der eine kubische Funktion als eine Nockenkurve (das Positionsmuster) verwendet wird, wobei vier Grenzbedingungen der Endposition und -geschwindigkeit in der Zo ne einer bestimmten Phase und der Anfangsposition und -geschwindigkeit in einer Zone einer bestimmten Phase des nächsten Zyklus erfüllt werden, und eine quadratische Funktion, das heißt ihr Differentialwert, wird als das Geschwindigkeitsmuster verwendet, wobei dies eine Vorhersagesteuerung für den nächsten Zyklus umfasst, und eine elektronische Nockensteuerung, bei der die Position und Geschwindigkeit wieder mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei einer Anfangszeit in der Zone einer bestimmten Phase des nächsten Zyklus in Übereinstimmung gebracht werden, kann verwirklicht werden.
Bei dem Verfahren der Herstellung einer elektronischen Nockenkurve lauten eine Drehgeschwindigkeit n₂ und eine Drehposition y₂ des Seitensiegelungsmechanismus oder des Schneidmessers in der Siegelungszone oder der Schneidzone vorzugsweise n2 = N1 (U/min) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U),wobei N₁ die Bearbeitungsgeschwindigkeit an einem Anfangspunkt ist, Y₁ eine Drehposition eines Schneid-Anfangspunktes ist, t₃ eine Zeit des Schneid-Anfangspunktes ist und Tc eine Zykluszeit ist,
eine Kurvengleichung der Nichtsiegelungs-Zone oder der Nichtschneid-Zone eine kubische Funktion mit vier Koeffizienten ist, die vier Grenzbedingungen von Geschwindigkeiten V₁ und V₂ sowie Positionen X₁ und X₂ zu Zeiten T₁ und T₂ erfüllen, wobei eine Position x und eine Geschwindigkeit v, die durch Differenzieren der Position x bestimmt wird, angezeigt werden durch x = At3 + Bt3 + Ct + D (U) v = 3At2 + 2Bt + C (U/s),(T₁, X₁) und (T₂, X₂) in Gleichung x eingesetzt werden, (T₁, V₁) und (T₂, V₂) in Gleichung v eingesetzt werden, wobei die Gleichungen für A, B, C und D gelöst werden, T₁ = 0, T₂ = t₃, X₁ = 0, X₂ = Y₁, V₁ = N₁/60 und V₂ = N₁/60 eingesetzt werden, um A, B, C und D zu bestimmen, und Nockenkurvengleichungen bei einer Drehgeschwindigkeit = n₁ und einer Drehposition = y₁ in der Nichtsiegelungs-Zone oder der Schneidzone und die Dreh geschwindigkeit n₂ und die Drehposition y₂ in der Siegelungszone oder der Nichtschneid-Zone bestimmt werden als: n1 = 60(3At2 + 2Bt + C) (U/min) n2 = N1 (U/min) y1 = At3 + Bt2 + Ct + D (U) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U)
Nach dieser Konfiguration werden, wenn die Koeffizienten der vier Grenzbedingungen (T₁, X₁) und (T₂, X₂) sowie (T₁, V₁) und (T₂, V₂) in die kubische Funktion mit vier Koeffizienten Position x = At3 + Bt2 + Ct + D eingesetzt werden und ihre Differentialgleichung oder Geschwindigkeit v = 3At2 + 2Bt + Cund die Gleichungen werden für A, B, C und D gelöst, die Folgenden bestimmt: A = {2(X1 – X2) – (T1 – T2)(V1 + V2)}/K B = [(V1 – V2)(T1 – T2)(T1 + 2T2) – 3(T1 + T2) × {X1 – X2 – V2(T1 – T2)}]/K C = {6(X1 – X2)T1·T2 + 3(T1 + T2)(V1·T2 2 – V2·T1 2) + 2(T1 2 + T1·T2 + T2 2)(V2 ·T1 – V1·T2)}/K D = –[(X1 – V1·T1)T2 2(3T1 – T2) + (X2 – V2·T2)T1 2(T1 – 3T2) + 2(V1 – V2)T1 2· T2 2]/K K = –(T1 – T2)3
Wenn T₁ → 0 (die Endzeit der Schneid- oder Siegelungszone), T₂ → t₃ (die Anfangszeit der Schneidzone des nächsten Zyklus), X₁ → 0 (die Position bei Zeit T₁), X₂ → Y₁ (die Position bei Zeit T₂ = t₃), V₁ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit T₁ = 0) und V₂ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit t₃) in die so bestimmten A, B, C und D eingesetzt werden, um A, B, C und D zu bestimmen, ist es möglich Nockenkurvengleichungen zu bestimmen, n1 = 60(3At2 + 2Bt + C) n2 = N1 y1 = At3 + Bt2 + Ct + D y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M.
1 ist ein Steuerblockdiagramm einer elektronischen Nocken-Drehschneidvorrichtung, die eine erste Ausführung der Erfindung ist.
2 ist ein Konzeptdiagramm der in 1 gezeigten Drehschneidvorrichtung.
3A und 3B sind Ansichten, die Arten von in 2 gezeigten Drehschneidvorrichtungsmessern zeigen.
4A und 4B sind Ansichten, die die Strukturen der in 2 gezeigten Drehschneidvorrichtungsmesser zeigen.
5 ist eine Ansicht, die Positionsbeziehungen zwischen den in 2 gezeigten Drehschneidvorrichtungsmessern und einem Werkstück zeigt.
6A und 6B sind Ansichten, die eine graphische Darstellung einer Nockenkurve eines spiralförmigen Messers der in 1 gezeigten Drehschneidvorrichtung zeigen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 6.)
7A und 7B sind Ansichten, die eine Funktion darstellen, die die in 6 gezeigte Nockenkurve bildet.
8 ist eine Ansicht, die eine Nockenkurvengleichung der in 6 gezeigten Nockenkurve zeigt.
9A und 9B sind Ansichten, die eine graphische Darstellung einer Nockenkurve für den Fall zeigen, wo die in 1 gezeigte Schneidvorrichtung ein gerades Messer ist. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 9.)
10 ist eine Ansicht, die eine Nockenkurvengleichung der in 9 gezeigten Nockenkurve zeigt.
11A und 11B sind Ansichten, die Beziehungen zwischen dem in 6 gezeigten Geschwindigkeitsmuster und einem Drehmoment zeigen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 11.)
12A und 12B sind Ansichten, die ein in 6 gezeigtes quadratisch funktionales Geschwindigkeitsmuster mit einem Trapezgeschwindigkeitsmuster der herkömmlichen Technik vergleichen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 12.)
13A und 13B sind verallgemeinerte Ansichten des in 12 gezeigten Trapezgeschwindigkeitsmusters. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 13.)
14 ist eine Ansicht, die eine LV-Kurve der in 1 gezeigten Drehschneidvorrichtung zeigt.
15 ist ein Steuerblockdiagramm eines Seitensiegelungsmechanismus einer vertikalen kontinuierlichen Verpackungsmaschine, die eine zweite Ausführung der Erfindung ist.
16A und 16B sind Ansichten, die schematisch die Struktur des in 15 gezeigten Seitensiegelungsmechanismus zeigen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 16.)
17 ist eine Ansicht, die Positionsbeziehungen in dem in 16 gezeigten Doppelerhitzer-Seitensiegelungsmechanismus zeigt.
18A und 18B sind Ansichten, die eine graphische Darstellung einer Nockenkurve des in 15 gezeigten Seitensiegelungsmechanismus zeigen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 18.)
19 ist eine Ansicht, die eine Nockenkurvengleichung der in 18 gezeigten Nockenkurve zeigt.
20 ist ein Steuerblockdiagramm einer Bewegungssteuervorrichtung der herkömmlichen Technik.
21A bis 21F sind Geschwindigkeitsmusterdiagramme der in 20 gezeigten Steuervorrichtung zeigen.
22 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Nockensteuerung bei herkömmlichen Technik.
23 ist ein Steuerblockdiagramm eines Servomotors der herkömmlichen Technik.
24A und 24B sind Ansichten, die ein Trapezwellengeschwindigkeitsmuster der herkömmlichen Technik und ein Drehmoment zeigen. (Hierin nachfolgend erfolgt der Bezug auf die Fig. oft im Allgemeinen als 24.) Hierin nachfolgend wird nun eine erste Ausführung der Erfindung mit Bezug auf die Fig. beschrieben.
1 bis 14 sind Ansichten, die die erste Ausführung der Erfindung zeigen.
Mit Bezug auf 1 bezeichnet 1 eine digitale Steuervorrichtung, die eine konstante Abtaststeuerung durchführt, 2 bezeichnet eine Servoantriebsvorrichtung, die einen Servomotor (3) antreibt, 4 bezeichnet einen Impulsgenerator für den Motor (3), 11 bezeichnet eine Drehschneidvorrichtung, die Papier, ein Eisenblech oder dergleichen auf eine konstante Länge schneidet. 12 bezeichnet eine Messwalze, die die Fortbewegungsstrecke eines Werkstücks erfasst, 13 bezeichnet Zuführwalzen zum Transportieren des Werkstücks und 14 bezeichnet einen Bezugsmarkierungsdetektor, der eine Bezugsmarkierung des Werkstücks erfasst.
Die Referenzziffer 20 bezeichnet eine Zählvorrichtung, 21 bezeichnet einen D/A-Wandler, der die Umwandlung an einem Befehlswert zu der Servoantriebsvorrichtung (2) durchführt, 22 bezeichnet einen Differentialkreis und 23 bezeichnet einen Vervielfacher. Die Referenzziffer 24 bezeichnet einen Sägezahnwellen-Erzeugungskreis, der eine Phase in einem Zyklus einer Schnittlänge erzeugt, 25 bezeichnet die Phase, 26 bezeichnet einen Geschwindigkeitsmustergenerator für eine elektronische Nockenkurve, 27 bezeichnet einen Positionsmustergenerator, 28 bezeichnet einen Bezugsmarkierungs-Korrekturkreis, 29 bezeichnet einen Positionsbefehl, und 30 bezeichnet eine Positionssteuerverstärkung.
Nächstfolgend wird der Betrieb beschrieben.
Die erste Ausführung wird zum Steuern der Drehschneidvorrichtung verwendet, die kontinuierlich Rollenpapier, ein Eisenblech oder dergleichen, das sich, wie in 2 gezeigt, aufeinandertolgend fortbewegt, auf eine vorgegebene Länge schneidet, ohne die Fortbewegung anzuhalten. Wie in 3 gezeigt wird, ist die Drehschneidvorrichtung (11) je nach Messerbefestigungsform entweder mit geraden Messern von 3A oder spiralförmigen Messern von 3B ausgestattet. Da gerade Messer einen sehr hohen Druck bei dem Schneidvorgang erfordern, werden sie nicht häufig verwendet. Folglich werden hauptsächlich spiralförmige Messer beschrieben. Im Bezug auf gerade Messer werden daher Steuergleichungen und dergleichen nur auf eine ergänzende Weise beschrieben. Wie in den 4A, 4B, 4C und 4D gezeigt wird, kann zusätzlich zu einer Einzelmesser-Schneidvorrichtung eine Doppel-, Dreifach- oder Viertachmesser-Schneidvorrichtung (die Anzahl von Messern wird durch M angegeben) verwendet werden. Diese Schneidvorrichtungen arbeiten auf eine grundlegend identische Weise, außer dass ein Zyklus der Schnittlänge zu Umfangslänge/2, Umfangslänge/3 oder Umfangslänge/4 variiert wird. Daher wird eine Einzelmesser-Schneidvorrichtung beschrieben.
Bei der Ausführung wird, wie in 5 gezeigt, eine elektronische Nockensteuerung durch eine kontinuierliche Korrelationssteuerung verwirklicht, während der Endpunkt einer Synchronisierungszone (Schneidzone) auf den Anfangspunkt t = 0 von einem Zyklus gesetzt wird und eine elektronische Nockenkurve einschließlich einer Vorhersage des Anfangspunkts der Schneidzone des nächsten Zyklus hergestellt wird.
In der Praxis wird eine Steuerung auf Grund einer Nockenkurve, wie sie in 6 gezeigt wird, durchgeführt. 6A zeigt ein Geschwindigkeitsmuster, 6B zeigt ein Positi onsmuster, Zone (1) ist eine Nichtschneid-Zone und Zone (2) ist eine Schneidzone. n₁ ist eine Drehgeschwindigkeit in der Nichtschneid-Zone, n₂ ist eine Geschwindigkeit in der Schneidzone, Tc ist eine Zykluszeit, t₃ ist die Zeit des Beginns des Schneidvorgangs, y₁ ist das Positionsmuster der Nichtschneid-Zone, y₂ ist das Positionsmuster der Schneidzone, und Y₁ ist die Anfangsposition des Schneidvorgangs.
Mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nockenkurve werden, wenn der Radius der Schneidvorrichtung, wie der aus 5, = r (mm), die Schnittanzahl = N₀ (bpm), die Schnittlänge (lang oder kurz) = L₀ (mm) und der Synchronisierungswinkel = θ₀ (°), die Folgenden erzielt: Werkstückgeschwindigkeit (Papier oder dergleichen) VL = N0 × L0/1000 (m/min) eine Zykluszeit Tc = 60/N0 (sec)und die Geschwindigkeit N₁ an dem Schneid-Anfangspunkt ist N1 = 1000 × VL/2πr (U/min).
Wenn die Zeit der Schneidzone t₀ (sec) ist, wird das Folgende aus der Fortbewegungsstrecke der Schneidzone bestimmt: N1/60 × t0 = θ0/360 ∴ t0 = θ0/6N1
Daher wird eine Schneid-Anfangszeit t₃ = Tc – t₀ (sec) bestimmt, und die Drehposition bei t = t₃ ist Y1 = 1/M – θ0/360 (U).
Folglich werden Geschwindigkeit und Position der Schneidvorrichtung in der Schneidzone (2), wie in 6 gezeigt, wie folgt bestimmt: Geschwindigkeit n2 = N1 (U/min). Position y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U), wobei 1/M = 1 bei einer Einzelmesser-Schneidvorrichtung.
Dagegen ist im Bezug auf die Nichtschneid-Zone (1) eine Kurvengleichung erforderlich, die die Geschwindigkeit N₁ (U/min) und die Position 0 (U) zu der Zeit t = 0, in 6 gezeigt, und die Geschwindigkeit N₁ (U/min) und die Position Y₁ (U) zu der Zeit t = t₃ erfüllt.
Im Allgemeinen entspricht, wie in 7A gezeigt, eine kubische Funktion mit vier Koeffizienten einer Kurvengleichung von Positionen, die vier Grenzbedingungen der Geschwindigkeit V₁ und der Position X₁ zu der Zeit t = T₁ und der Geschwindigkeit V₂ und der Position X₂ zu der Zeit t = T₂ erfüllt.
Daher wird, wenn die Position x = At3 + Bt2 + Ct + D (U) (1)ist, die Geschwindigkeit v durch die Gleichung (2) bestimmt, die durch Differenzieren der Position Geschwindigkeit v = 3At2 + 2Bt + C (U/s) (2)bestimmt wird.
Wenn vier Koeffizienten (T₁, X₁) und (T₂, X₂) in die vorgenannte Gleichung (1) eingesetzt werden, (T₁, V₁) und (T₂, V₂) in die Gleichung (2) eingesetzt werden und die Gleichungen durch K geteilt und dann für A, B, C und D gelöst werden, wird die folgende Gleichung (3) bestimmt. A = {2(X1 – X2) – (T1 – T2)(V1 + V2)}/K B = [(V1 – V2)(T1 – T2)(T1 + 2T2) – 3(T1 + T2) × {X1 – X2 – V2(T1 – T2)}]/K C = {6(X1 – X2)T1·T2 + 3(T1 + T2)(V1·T2 2 – V2·T1 2) + 2(T1 2 + T1·T2 + T2 2)(V2 ·T1 – V1·T2)}/K D = –[(X1 – V1·T1)T2 2(3T1 – T2) + (X2 – V2·T2)T1 2(T1 – 3T2) + 2(V1 – V2)T1 2· T2 2]/K K = –(T1 – T2)3. (3)
Wenn die in 6 gezeigten tatsächlichen Musterkoeffizienten
T₁ → 0 (die Endzeit der Schneidzone),
T₂ → t₃ (die Anfangszeit der Schneidzone des nächsten Zyklus),
X₁ → 0 (die Position bei Zeit T₁),
X₂ → Y₁ (die Position bei Zeit T₂ = t₃),
V₁ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit T₁ = 0) und
V₂ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit t₃)
in diese A, B, C und D eingesetzt werden, um A, B, C und D zu bestimmen, n1 = 60(3At2 + 2Bt + C) (U/min) n2 = N1 (U/min) y1 = At3 + Bt2 + Ct + D (U) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U),wobei 1/M = 1 bei einer Einzelmesser-Schneidvorrichtung als eine Nockenkurvengleichung des spiralförmigen Messers der Drehschneidvorrichtung bestimmt wird.
Die Nockenkurvengleichung des spiralförmigen Messers wird in 8 gezeigt. Diese Gleichung erfüllt vollständig die Grenzbedingungen der Geschwindigkeit und Position bei t = 0 und t = t₃. Daher kann derselbe Algorithmus automatisch die Fälle eines langen Schneidvorgangs, bei dem die Schnittlänge größer als die Umfangslänge ist, und eines kurzen Schneidvorgangs, bei dem die Schnittlänge kleiner als die Umfangslänge ist, und außerdem den Fall abwickeln, bei dem die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird. Entsprechend wird ein Muster angelegt, bei dem, wie in 6A gezeigt, in der Nichtschneid-Zone des Bereichs (1) die Geschwindigkeit bei dem kurzen Schneidvorgang in Form einer quadratischen Funktion erhöht wird und umgekehrt die bei dem langen Schneidvorgang in Form einer quadratischen Funktion verringert wird.
9 und 10 zeigen die Nockenkurvengleichung und das Nockenkurvenmuster bei einem geraden Messer. Im Bezug auf die Nockenkurve der Nichtschneid-Zone (1) ist die Nockenkurve für ein spiralförmiges Messer streng identisch mit der für ein gerades Mes ser, außer dass bei einem geraden Messer die Geschwindigkeit in der Schneidzone (2) ein Muster aufweist, das, wie in 9A gezeigt, proportional zu /1cosθ ist.
Nächstfolgend wird die Nockensteuerung der Drehschneidvorrichtung, die unter Verwendung der so bestimmten Geschwindigkeits- und Positionsnockenkurvengleichungen durchgeführt wird, mit Bezug auf 1 ausführlicher beschrieben.
Die Impulsausgaben der Messwalze (12) zum Erfassen der Fortbewegungsstrecke eines Werkstücks, wie Papier oder einem Eisenblech, werden in die digitale Steuervorrichtung (1), die eine Konstantperioden-Abtaststeuerung durchführt, abgerufen und dann von der Zählvorrichtung (20a) gezählt. Eine Phase θ in einem Zyklus, bei dem der Höchstwert einem Impulsbetrag θ_M entsprechend der Schnittlänge entspricht, wird durch den Sägezahnwellen-Erzeugungskreis (24) wiederholt bestimmt. Die Phase wird in den Positionsmuster-Erzeugungskreis (27) und den Geschwindigkeitsmuster-Erzeugungskreis (26) eingegeben, die einem Zyklus durch eine Nockenkurve, wie sie außerdem in dem oben beschriebenen 6 gezeigt wird, entsprechen, und ein Positionsbefehl Yref (29) und ein Geschwindigkeitsbefehl werden in jedem Moment bestimmt.
Im Bezug auf den Positionsbefehl Yref wird, wenn ein Zyklus abgeschlossen ist, eine Addition des maximalen Positionswerts (der Drehimpulsbetrag des Servomotors (3) entsprechend der Schnittlänge) des einen Zyklus durchgeführt, so dass die Drehschneidvorrichtung (11) so gesteuert wird, dass sie kontinuierlich in dieselbe Richtung dreht.
Im Bezug auf den so hergestellten Positionsbefehl wird eine Rückmeldesteuerung unter Verwendung eines Impulszählwerts von dem Impulsgenerator für den Servomotor (3) durchgeführt, und eine Positionssteuerung wird so ausgeführt, dass der Positionsfehler ε nahe 0 gebracht wird, so dass die elektronische Nockensteuerung in jedem Moment verwirklicht wird.
Im Bezug auf das Geschwindigkeitsmuster wird die Nockenkurvengleichung von 8 oder 10 zuvor unter dem Zustand von 100% der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Papiers oder dergleichen bestimmt. V (p, u), das durch Normalisieren der tatsächlich durch den Differentialkreis (22) bestimmten Geschwindigkeit bestimmt wird, wird mit einer Ausgabe des Geschwindigkeitsmuster-Erzeugungskreises (26) multipliziert, wobei die Geschwindigkeit als eine Mitkopplung gemäß der tatsächlichen Fortbewegungsgeschwindigkeit des Papiers oder dergleichen verwendet wird, um die Verfolgbarkeit zu steigern.
Wenn vorgedrucktes Papier oder dergleichen zu schneiden ist, wird eine Bezugsmarkierung (Ausrichtung), die beim Drucken gleichzeitig auf jede Seite gedruckt wird, durch den Bezugsmarkierungsdetektor (14) erfasst, und ein Positionsfehler oder dergleichen wird durch den Bezugsmarkierungs-Korrekturkreis (28) korrigiert.
Die in 8 und 10 gezeigten Nockenkurvengleichungen werden als diejenigen mit Bezug auf die Zeit t bestimmt. Alternativ kann eine solche Gleichung bei einer Steuerung verwendet werden, während die Zeit durch die Fortbewegungsstrecke des Papiers oder dergleichen, d. h. der Phase θ (Impuls), ersetzt wird.
Wenn die Fortbewegungsstrecke des Papiers oder dergleichen als V_L (mm/s) angegeben wird, die Fortbewegungsstrecke des Papiers oder dergleichen zu der Zeit t = t_n in einem Zyklus als x_n (mm) angegeben wird, der Impulszählbetrag gleichzeitig in einem Zyklus als P_n (Impulse) angegeben wird und das Impulsgewicht als P_w (mm/p) angegeben wird, werden die Folgenden bestimmt: Pn·Pw = VL·tn Pn = VL/Pw × tn = K × tn,wobei K = V_L/P_w.
Als Ergebnis kann die Zeit t_n durch den Impulszählbetrag P_n (d. h. die Phase θ) von der Messwalze (12) ersetzt werden.
Bei der Steuerung der herkömmlichen Technik, wie in dem Fig. von 24 gezeigt, wo das Geschwindigkeitsmuster und das Drehmoment in dem System der herkömmlichen Technik dargestellt wird, hat das Geschwindigkeitsmuster der in 24A gezeigten Nichtschneid-Zone eine Trapezwellenform und, um die Zykluszeit zu erfüllen und die Zeit zum Stabilisieren der Geschwindigkeit vor dem Schneidvorgang zu gewinnen, wird die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit so eingestellt, dass sie, wie in 24B gezeigt, etwas kurz ist. Daher ist die Spitze eines während der Beschleunigung oder Ver zögerung benötigten Drehmoments hoch, und das quadratische Mittel des Drehmoments Trms neigt dazu, groß zu sein. Im Besonderen ist bei einem kurzen Schneidvorgang die Beschleunigungs- oder Verzögerungsfrequenz hoch, und daher überschreitet Trms 100%. Um zu verhindern, dass dies auftritt, muss die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert werden, was dazu führt, dass die Produktivität in großem Umfang beeinträchtigt wird.
Wie in dem Fig. von 14 gezeigt, das Beziehungen der Bearbeitungsgeschwindigkeit im Bezug auf die Schnittlänge zeigt, werden, wie durch die gestrichelte Linie angezeigt, die Eigenschaften der LV-Kurve, die ein wichtiger Index der Produktivität der Drehschneidvorrichtung ist, in großem Maß beeinträchtigt.
11 dagegen ist eine Ansicht, die das Geschwindigkeitsmuster und das Drehmoment bei der Erfindung zeigt. Bei der vorliegenden Ausführung ist das Geschwindigkeitsmuster der Nichtschneid-Zone (1), wie in 11A gezeigt, eine quadratische Kurve. Daher wird das zum Beschleunigen und Verzögern erforderliche Drehmoment, wie in 11B gezeigt, über die gesamte Zone (1) gestreut, und somit wird eine Verbesserung ermöglicht.
12 ist eine Ansicht, die das quadratische funktionale Geschwindigkeitsmuster bei der Erfindung mit dem Trapezgeschwindigkeitsmuster der herkömmlichen Technik vergleicht. In den Fällen, wo Bewegung über dieselbe Strecke in einer Nichtschneid-Zone in einem quadratisch funktionalen Geschwindigkeitsmuster, wie es in 12A gezeigt wird, durchgeführt wird und wo diese Bewegung in einem Trapezgeschwindigkeitsmuster, wie es in 12B gezeigt wird, durchgeführt wird, wird angenommen, dass, um die Beschreibung zu vereinfachen, bei dem quadratisch funktionalen Typ eine quadratische Funktion, die t = 0 und 1 annimmt und die den Höchstwert 1 hat, verwendet wird, und Bewegung ihres Bereichs S₁ (entsprechend der Nichtschneid-Zone) durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Gleichung der quadratisch funktionalen Geschwindigkeit durch die folgende Gleichung angegeben: N = –4(t – 0,5)2 + 1 (4)
Die Beschleunigung α wird bestimmt, indem die Gleichung (4) wie folgt differenziert wird: α = dN/dt = –8(t – 0,5). (5)
Wie in der Gleichung (6) gezeigt wird, wird die Fortbewegungsstrecke S₁ durch Integrieren der Gleichung (4) von t = 0 bis t = 1 bestimmt.
Wenn das quadratische Mittel der Beschleunigung α_rms als das quadratische Mittel des Drehmoments angewendet wird, wird die folgende Gleichung (7) bestimmt:
Bei der Trapezwelle von 12B für den Fall, wo die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit als tα = 0,1 erachtet wird, wenn der Höchstwert der Geschwindigkeit Nt ist, lautet die Fortbewegungsstrecke S₂: S2 = (0,8 + 1) × Nt/2. Aus S1 = S2, Nt = 0,7407. (8)
Die Beschleunigung lautet wie folgt: wenn 0 ≤ t < 0,1 α = –7,407/0,1 = 7,407 wenn 0,1 ≤ t < 0,9 α = 0 wenn 0,9 ≤ t ≤ 1 α = –7,407. (9)
Die Gleichung (9) enthält drei α.
Aus der Gleichung (9) wird das quadratische Mittel der Beschleunigung als Gleichung (10) bestimmt:
Aus der vorgenannten Berechnung befinden sich Gleichung (7) des quadratischen Mittels bei einer Wellenform einer quadratischen Funktion und Gleichung (10) bei einer Trapezwellenform in der Beziehung (7) < (10) oder α_rms der quadratischen Funktion ist kleiner als das der Trapezwellenform.
Bei diesem Beispiel wird die Beschleunigungszeit bei einer Trapezwellenform als tα = 0,1 erachtet. 13 ist eine Ansicht, die ein Geschwindigkeitsmuster zeigt, das durch Verallgemeinern der in 12 gezeigten Trapezwellenform unter der Annahme bestimmt wird, dass 0 < tα < 0,5 möglich ist. Wenn die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit verallgemeinert und als tα auf diese Weise erachtet wird, lautet die Fortbewegungsstrecke S₂ in 13: S2 = {(1 – 2tα) + 1} × Nt/2.
Da S₁ = S₂ wird das Folgende bestimmt: Nt = 2/3(1 – tα). (11)
Die Beschleunigung lautet wie folgt: wenn 0 ≤ t < tα α = Nt/tα wenn tα ≤ t < (1 – tα) α = 0 wenn (1 – tα) ≤ t ≤ 1 α = –Nt/tα. (12)
Die Gleichung (12) enthält drei α.
Aus der Gleichung (12) wird das quadratische Mittel der Beschleunigung als Gleichung (13) bestimmt:
Um tα, das den Mindestwert der Gleichung (13) angibt, zu bestimmen, wird dα_rms/dtα = 0 gesetzt, und dann wird das Folgende bestimmt: tα = 1/3. (14)
Daher wird der Mindestwert als Gleichung (15): αrms|tα=1/3 = √6 ≅2,45 (15)
Aus dem Vorgenannten wird in dem Bereich von 0 < tα < 0,45 und bei einer Trapezwelle, wie in 13B gezeigt, αrms ≥ 2,45bestimmt.
Selbst in diesem Fall wird daher (7) < (15) bestimmt oder das quadratische Mittel des Drehmoments eines Geschwindigkeitsmusters einer quadratischen Funktion ist kleiner, selbst wenn das Geschwindigkeitsmuster der Trapezwelle so angelegt ist, dass es eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit aufweist.
Als Ergebnis muss bei der LV-Kurve von 14 nach der Trapezwellenform des herkömmlichen Systems die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei einem kurzen Schneidvor gang früher verringert werden, aber nach dem System der Erfindung kann der Schneidvorgang verbessert werden, so dass er bei 100% der Bearbeitungsgeschwindigkeit selbst in einem beträchtlich kurzen Bereich ermöglicht wird. Daher kann die Produktivität im Vergleich zu dem Trapezwellenformsystem der herkömmlichen Technik verbessert werden. Wie oben beschrieben wurde, wird die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit tα bei einem Geschwindigkeitsmuster einer Trapezwellenform der herkömmlichen Technik normalerweise etwas kurz eingestellt. Folglich ist dieser Effekt besonders groß.
Nächstfolgend wird eine zweite Ausführung der Erfindung mit Bezug auf die Fig. beschrieben.
15 bis 19 sind Ansichten mit Bezug auf die zweite Ausführung der Erfindung.
Mit Bezug auf 15 bezeichnet 41 eine digitale Steuervorrichtung, die eine konstante Abtaststeuerung durchführt, 42 bezeichnet eine Servoantriebsvorrichtung, die einen Servomotor (43) antreibt, 44 bezeichnet einen Impulsgenerator für den Motor (43), 45 bezeichnet einen Bearbeitungs-Impulsgenerator, der eine Bearbeitungsgeschwindigkeit zum Transportieren eines Werkstücks, wie Papier oder ein Film, erfasst, und 46a und 46b bezeichnen Seitensiegelungsmechanismen einer Verpackungsmaschine, die Erhitzungsflächen besitzt und die Siegelungsflächen versiegelt.
Die Referenzziffern 50a und 50b bezeichnen Zählvorrichtungen, 51 bezeichnet einen D/A-Wandler, der die Umwandlung an einem Befehlswert zu der Servoantriebsvorrichtung (2) durchführt, 52 bezeichnet einen Differentialkreis, 53 bezeichnet einen Teiler, 54 bezeichnet einen Vervielfacher, 55 bezeichnet einen Sägezahnwellen-Erzeugungskreis, der eine Phase in einem Siegelungszyklus erzeugt, 56 bezeichnet die Phase, 57 bezeichnet einen Geschwindigkeitsmustergenerator für eine elektronische Nockenkurve, 58 bezeichnet einen Positionsmustergenerator, 59 bezeichnet einen Positionsbefehl, und 60 bezeichnet eine Positionssteuerverstärkung.
Nächstfolgend wird der Betrieb beschrieben.
Für den Seitensiegelungsmechanismus einer vertikalen kontinuierlichen Verpackungsmaschine, wie er in 16 gezeigt wird und der die zweite Ausführung ist, gibt es Ein zelerhitzer-Seitensiegelungsmechanismen von 16A oder Doppelerhitzer-Seitensiegelungsmechanismen von 16B. Die Mechanismen werden durch den Servomotor (43) angetrieben. Um Seitensiegelung ohne Anhalten des beutelähnlichen Films oder dergleichen kontinuierlich durchzuführen, werden die Seitensiegelungsmechanismen, in denen jeweils eine Erhitzungsfläche an dem Spitzenende einen Teil eines Umfangs bildet, so angeordnet, dass sie zweiseitig symmetrisch sind, und Seitenerhitzvorrichtungen pressen den Film unter einem Zustand, bei dem die Umfangsgeschwindigkeit der Filmgeschwindigkeit entspricht, so dass Seitensiegelung für eine vorgegebene Zeit (Siegelungszeit) verwirklicht wird.
17 zeigt Positionsbeziehungen bei den Doppelerhitzungsflächen (46) des Seitensiegelungsmechanismus. Theoretisch kann die Anzahl von Erhitzvorrichtungen als vielzahlig oder 3, 4, ... berücksichtigt werden, und somit erfolgt die Berücksichtigung unter Verallgemeinerung der Flächenanzahl M (M = 1, 2, ...).
Bei der Ausführung wird, wie in 17 gezeigt, eine elektronische Nockensteuerung durch eine kontinuierliche Korrelationssteuerung verwirklicht, während der Endpunkt einer Siegelungszone auf den Anfangspunkt t = 0 von einem Zyklus gesetzt wird und eine Nockenkurve einschließlich einer Vorhersage des Anfangspunkts der Siegelungszone des nächsten Zyklus hergestellt wird.
In der Praxis wird eine Steuerung auf Grund eines Nockenkurvenmusters, wie es in 18 gezeigt wird, durchgeführt. 18A zeigt ein Geschwindigkeitsmuster, 18B zeigt ein Positionsmuster, Zone (1) ist eine Nichtsiegelungs-Zone und Zone (2) ist eine Siegelungszone. N₁ ist eine Drehgeschwindigkeit in der Siegelungszone, n₂ ist eine Geschwindigkeit in der Nichtsiegelungs-Zone, Tc ist eine Zykluszeit, t₃ ist die Zeit des Beginns des Siegelungsvorgangs, y₁ ist das Positionsmuster der Nichtsiegelungs-Zone, y₂ ist das Positionsmuster der Siegelungszone, und Y₁ ist die Anfangsposition des Siegelungsvorgangs.
Mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nockenkurve, wie in 17 gezeigt, werden, wenn der Radius des Seitensiegelungsmechanismus = r (mm), die Anzahl der zu bildenden Beutel = N₀ (bpm), die Beutellänge = L₀ (mm) und der Synchronisierungswinkel = θ₀ (°), die Folgenden erzielt: Geschwindigkeit des Films oder dergleichen VL = N0 × L0/1000 (m/min) eine Zykluszeit Tc = 60/N0 (sec)und die Geschwindigkeit N₁ an dem Siegelungs-Anfangspunkt ist N1 = 1000 × VL/2πr (U/min).
Wenn die Zeit der Siegelungszone t₀ (sec) ist, wird das Folgende aus der Fortbewegungsstrecke der Siegelungszone bestimmt: N1/60 × t0 = θ0/360 ∴ t0 = θ0/6N1
Daher wird eine Siegelungs-Anfangszeit t₃ = Tc – t₀ (sec) bestimmt, und die Drehposition bei t = t₃ ist Y1 = 1/M – θ0/360 (U).
Folglich werden Drehgeschwindigkeit und -position des Seitensiegelungsmechanismus in der Siegelungszone (2), wie in 18 gezeigt, wie folgt bestimmt: Drehgeschwindigkeit n2 = N1 (U/min) Drehposition y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M.
Dagegen ist im Bezug auf die Nichtsiegelungs-Zone (1) eine Kurvengleichung erforderlich, die die Geschwindigkeit N₁ (U/min) und die Position 0 (U) zu der Zeit t = 0, wie in 18 gezeigt, und die Geschwindigkeit N₁ (U/min) und die Position Y₁ (U) zu der Zeit t = t₃ erfüllt.
Bei einem ähnlichen Vorgehen wie bei dem der ersten Ausführung entspricht, wie in 7A bei der vorangegangenen Ausführung gezeigt, eine kubische Funktion mit vier Koeffizienten einer Kurvengleichung von Positionen, die vier Grenzbedingungen der Ge schwindigkeit V₁ und der Position X₁ zu der Zeit t = T₁ und der Geschwindigkeit V₂ und der Position X₂ zu der Zeit t = T₂ erfüllt.
Auf eine ähnliche Weise wird daher, wenn die Position x = At3 + Bt2 + Ct + D (U) ist, (1)die Geschwindigkeit v durch die Gleichung (2) bestimmt, die durch Differenzieren der Position Geschwindigkeit v = 3At2 + 2Bt + C (U/s) bestimmt wird. (2)
Wenn vier Koeffizienten (T₁, X₁) und (T₂, X₂) in die vorgenannte Gleichung (1) eingesetzt werden, (T₁, V₁) und (T₂, V₂) in die Gleichung (2) eingesetzt werden und die Gleichungen durch K geteilt und dann für A, B, C und D gelöst werden, wird (A, B, C, D) für die folgende Gleichung (3) bestimmt. A = {2(X1 – X2) – (T1 – T2)(V1 + V2)}/K B = [(V1 – V2)(T1 – T2)(T1 + 2T2) – 3(T1 + T2) × {X1 – X2 – V2(T1 – T2)}]/K C = {6(X1 – X2)T1·T2 + 3(T1 + T2)(V1·T2 2 – V2·T1 2) + 2(T1 2 + T1·T2 + T2 2)(V2 ·T1 – V1·T2)}/K D = –[(X1 – V1·T1)T2 2(3T1 – T2) + (X2 – V2·T2)T1 2(T1 – 3T2) + 2(V1 – V2)T1 2· T2 2]/K K = –(T1 – T2)3. (3)
Wenn die in 18 gezeigten tatsächlichen Musterkoeffizienten T₁ → 0 (die Endzeit der Siegelungszone), T₂ → t₃ (die Anfangszeit der Siegelungszone des nächsten Zyklus), X₁ → 0 (die Position bei Zeit T₁), X₂ → Y₁ (die Position bei Zeit T₂ = t₃), V₁ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit T₁ = 0) und V₂ → N₁/60 (die Geschwindigkeit bei Zeit t₃) in diese A, B, C und D eingesetzt werden, um A, B, C und D zu bestimmen, werden n1 = 60(3At2 + 2Bt + C) (U/min) n2 = N1 (U/min) y1 = At3 + Bt2 + Ct + D (U) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U),als eine Nockenkurvengleichung des Seitensiegelungsmechanismus bestimmt, wie dies in 19 gezeigt wird.
Die Nockenkurvengleichung des Seitensiegelungsmechanismus (46) wird in 19 gezeigt. Diese Gleichung erfüllt vollständig die Grenzbedingungen der Geschwindigkeit und Position bei t = 0 und t = t₃. Daher ist, wie in 18 gezeigt, die Geschwindigkeit bei der Beutellänge = (Umfangslänge/M) N₁ (konstant), diejenige bei der Beutellänge < (Umfangslänge/M) wird in Form einer quadratischen Funktion erhöht, und diejenige bei der Beutellänge > (Umfangslänge/M) wird in Form einer quadratischen Funktion verringert.
Bei der Ausführung kann das Vorgenannte automatisch verwirklicht werden. Selbst wenn Bedingungen verändert werden oder beispielsweise die Länge eines zu bildenden Beutels geändert wird, werden die simultanen Gleichungen bei vier Unbekannten durch die Steuervorrichtung (41) gelöst, und eine neue Nockenkurve (Positionsmuster, Geschwindigkeitsmuster) wird in einem Moment bestimmt, um eine Steuerung mit einer ausgezeichneten Verfolgbarkeit zu verwirklichen.
Nächstfolgend wird die elektronische Nockensteuerung des Seitensiegelungsmechanismus (46), die unter Verwendung der so bestimmten Geschwindigkeits- und Positionsnockenkurvengleichungen durchgeführt wird, mit Bezug auf 15 ausführlicher beschrieben.
Die ausgegebenen Impulse von dem Bearbeitungs-Impulsgenerator (45) zum Erfassen der Fortbewegungsstrecke von einem Film, Papier oder dergleichen werden in die digitale Steuervorrichtung (41), die eine Konstantperioden-Abtaststeuerung durchführt, abgerufen und dann von der Zählvorrichtung (50a) gezählt. Eine Phase θ in einem Zyklus, bei dem der Höchstwert einem Impulsbetrag θ_M entsprechend der Beutellänge entspricht, wird durch den Sägezahnwellen-Erzeugungskreis (55) wiederholt bestimmt. Die Phase wird in den Positionsmuster-Erzeugungskreis (58) und den Geschwindigkeitsmuster-Erzeugungskreis (57) eingegeben, die einem oben beschriebenen Zyklus ent sprechen, und ein Positionsbefehl Yref (59) und ein Geschwindigkeitsbefehl werden in jedem Moment bestimmt.
Im Bezug auf den Positionsbefehl Yref wird, wenn ein Zyklus abgeschlossen ist, eine Addition des maximalen Positionswerts (der Drehimpulsbetrag des Servomotors (43) entsprechend 1/Mrev des Seitensiegelungsmechanismus) des einen Zyklus durchgeführt, so dass der Seitensiegelungsmechanismus (46) so gesteuert wird, dass er kontinuierlich in dieselbe Richtung gedreht wird.
Im Bezug auf den so hergestellten Positionsbefehl wird eine Rückmeldesteuerung unter Verwendung eines Impulszählwerts von dem Impulsgenerator (44) für den Servomotor (43) durchgeführt, und eine Positionssteuerung wird so ausgeführt, dass der Positionsfehler ε nahe 0 gebracht wird, so dass die elektronische Nockensteuerung in jedem Moment verwirklicht wird.
Im Bezug auf das Geschwindigkeitsmuster wird die Nockenkurvengleichung von 19 zuvor unter dem Zustand von 100% der Fortbewegungsgeschwindigkeit von dem Film, Papier oder dergleichen bestimmt. V (p, u), das durch Teilen der tatsächlich durch den Differentialkreis (52) bestimmten Geschwindigkeit V bestimmt wird, bei 100% der Geschwindigkeit V (100%), wird mit einer Ausgabe des Geschwindigkeitsmuster-Erzeugungskreises (57) multipliziert, so dass die Geschwindigkeit als eine Mitkopplung gemäß der tatsächlichen Fortbewegungsgeschwindigkeit von dem eigentlichen Film, Papier oder dergleichen verwendet wird, um die Verfolgbarkeit zu steigern.
Die in 19 gezeigte Nockenkurvengleichung wird als diejenige mit Bezug auf die Zeit t bestimmt. Alternativ kann eine solche Gleichung bei einer Steuerung verwendet werden, während die Zeit durch die Fortbewegungsstrecke des Films, Papiers oder dergleichen, d. h. der Phase θ (Impuls), ersetzt wird.
Wenn die Fortbewegungsstrecke des Films oder dergleichen als V_L (mm/s) angegeben wird, die Fortbewegungsstrecke des Films oder dergleichen zu der Zeit t = t_n in einem Zyklus als x_n (mm) angegeben wird, der Impulszählbetrag zu der gleichen Zeit in einem Zyklus als P_n (Impulse) angegeben wird und das Impulsgewicht als P_w (mm/p) angegeben wird, werden die Folgenden bestimmt: Pn·Pw = VL·tn Pn = VL/Pw × tn = K × tn,wobei K = V_L/P_w.
Als Ergebnis kann die Zeit t_n durch den Impulszählbetrag P_n (d. h. die Phase θ) von der Messwalze (12) ersetzt werden.
Wie oben beschrieben wird, besitzt die Ausführung eine sehr hohe Verfolgbarkeit und kann eine Änderung von Bedingungen auf eine vollständig automatische Weise abwickeln. Bei einem System der herkömmlichen Technik ist ein Seitensiegelungsmechanismus mit einer Antriebswelle zum Transportieren eines Werkstücks, wie einem Film, gekuppelt und wird bei konstanter Drehung angetrieben. Bei dem Einzelerhitzungstyp kann daher nur ein Beutel mit einer Länge, die einem Umfang entspricht, versiegelt werden, und bei einem Doppelerhitzungs-Seitensiegelungsmechanismus des 180°-symmetrischen Typs kann nur ein Beutel mit einer Länge, die einem halben Umfang entspricht, versiegelt werden. Wenn ein Beutel mit einer anderen Länge zu versiegeln ist, muss der Seitensiegelungsmechanismus durch einen mit einem unterschiedlichen Radius ersetzt werden. Wenn ein Beutel mit einer Länge, die nicht einem Umfang oder einem halben Umfang entspricht, zu versiegeln ist, ist daher die Vorbereitungszeit lang und die Bearbeitbarkeit wird gesenkt. Dagegen wird die Ausführung durch die elektronische Nocke befähigt, schnell automatisch alle Beutellängen abzuwickeln. Daher können die Kosten deutlich gesenkt werden, und die Produktivität kann verbessert werden.

Claims

Verfahren zum Steuern einer elektronischen Nocken-Drehschneide- oder Siegelungsvorrichtung, die von einem Servomotor (3) angetrieben wird, das umfasst: – Herstellen eines Musters richtiger Positionen für einen gesamten Bereich, der Schneid- oder Siegelungs- und Nichtschneid- oder Nichtsiegelungszonen einschließt; wobei eine elektronische Nockenkurve einer kubischen Funktion (27) als Positionsmuster für die Nichtschneide- oder Nichtsiegelungszone verwendet wird und eine elektronische Nockenkurve einer quadratischen Funktion als ein Geschwindigkeitsmuster (26) verwendet wird; – Ausbilden einer Positionsschleife (12, 20a, 21–27, 29, 30) in dem gesamten Bereich auf Basis der elektronischen Nockenkurve um so eine Positionssteuerung in jedem Moment auf Basis des hergestellten Musters richtiger Positionen durchzuführen, so dass eine Steuerung ermöglicht wird, die einen einzelnen Algorithmus veranlasst, automatisch die langen und kurzen Schneid- oder Siegelungsvorgänge und eine Änderung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit abzuwickeln.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektronische Nockenkurve der kubischen Funktion als ein Positionsbefehl für die Nichtschneid-Zone mit einer resultierenden Geschwindigkeit in der quadratischen Funktion verwendet wird, um das quadratische Mittel eines Drehmoments des Schneidvorrichtungs-Servomotors zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Geschwindigkeitsmuster eines Spiralmessers aufgrund eines Nockenkurvendiagramms in einer Schneidzone identisch mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit ist und in der Nichtschneid-Zone eine quadratische Kurve, die in der kurzen Schneidrichtung erhöht ist, und eine quadra tische Kurve ist, die in der langen Schneidrichtung verringert ist, und ein Geschwindigkeitsmuster eines geraden Messers ein Muster ist, das sich von dem spiralförmigen Messer darin unterscheidet, dass nur die Geschwindigkeit in der Schneidzone proportional zu 1/cosθ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren die folgenden Schritte umfasst: Ausführen einer Siegelungsbearbeitung oder einer Schneidbearbeitung oder dergleichen synchron zu einem Werkstück in einer Zone einer bestimmten Phase eines Zyklus der Drehschneidvorrichtung, wie beispielsweise einer Drehschneidvorrichtung, die ein Werkstück auf eine konstante Länge schneidet, Verwenden der kubischen Funktion entsprechend einem kontinuierlichen Korrelationssteuerungssystem einschließlich einer Vorhersage zu einem Start einer Bearbeitung in einem nächsten Zyklus, und Bestimmen einer optimalen elektronischen Nockenkurve, wobei eine Schnittlänge des Werkstücks unabhängig von einem Wert der Umfangslänge/M (M = 1, 2, ...) automatisch Entsprechung durchführen kann, wobei M die Anzahl von Messern ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Nockenkurve nach Anspruch 4, wobei eine Drehgeschwindigkeit n₂ und eine Drehposition y₂ des Schneidmessers in der Siegelungszone oder der Schneidzone sind: n2 = N1 (U/min) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U)wobei N₁ die Bearbeitungsgeschwindigkeit an einem Anfangspunkt ist, Y₁ eine Drehposition eines Schneid-Anfangspunktes ist, t₃ eine Zeit des Schneid-Anfangspunktes ist und Tc eine Zykluszeit ist, eine Kurvengleichung der Nichtschneid-Zone eine kubische Funktion mit vier Koeffizienten ist, die vier Grenzbedingungen von Geschwindigkeiten V₁ und V₂ sowie Positionen X₁ und X₂ zu Zeiten T₁ und T₂ erfüllen, wobei eine Position x und eine Geschwindigkeit v, die bestimmt wird, indem die Position x differenziert wird, angezeigt werden durch: x = At3 + Bt2 + Ct + D (U) v = 3At2 + 2Bt + C (U/s)(T₁, X₁) und (T₂, X₂) in Gleichung x eingesetzt werden, (T₁, V₁) und (T₂, V₂) in Gleichung v eingesetzt werden, wobei die Gleichungen für A, B, C und D gelöst werden, T₁ = 0, T₂ = t₃, X₁ = 0, X₂ = Y₁, V₁ = N₁/60 und V₂ = N₁/60 eingesetzt werden, um A, B, C und D zu bestimmen, und Nockenkurvengleichungen bei einer Drehgeschwindigkeit = n₁ und einer Drehposition = y₁ in der Nichtschneid-Zone und die Drehgeschwindigkeit n₂ sowie die Drehposition y₂ in der Schneidzone bestimmt werden als: n1 = 60(3At2 + 2Bt + C) (U/min) n1 = N1 (konstant) (U/min) y1 = At3 + Bt2 + Ct + D (U) y2 = (1/M – Y1)/(Tc – t3) × (t – Tc) + 1/M (U)