JP2003211240A - 帯状材の送り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メジャーロールを備えて送り精度の向上が実
現され、しかも従来と同程度の高速送りが可能な送り装
置（ロールフィーダ）を提供する。 【解決手段】 位置フィードバック制御系の制御ループ
として、フィードロール駆動用モータ１２の回転位置検
出信号に基づく位置データをフィードバックする第１制
御ループＬ１と、メジャーロール２１ａ，２１ｂの回転
位置検出信号に基づく位置データとモータ１２の回転位
置検出信号に基づく位置データの差をフィードバックす
る第２制御ループＬ２とを有し、これら二つの制御ルー
プのフィードバック値を加算して最終的な位置フィード
バック値とするコントローラ１４ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプレス機械
に対して帯状材を供給する送り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼やアルミニウム等よりなる薄
板帯状の素材（帯状材）を連続的にプレス機械等に供給
して、プレス加工や切断加工などを行う加工工程は、例
えば図４（ｂ）に示すような一連の設備によって行われ
る。即ち、帯状材１をコイル状に巻回したもの（即ち、
コイル材１ａ）をアンコイラと呼ばれる機械で巻き戻し
方向に回転させてその外周から帯状材１を随時繰り出す
とともに、このアンコイラの後流（プレス機械等の前
流）において矯正装置（いわゆるレベラ）に帯状材１を
通して平坦に矯正した後、ロールフィーダ（或いはコイ
ルフィーダ）と呼ばれる送り装置によって矯正後の帯状
材１を所定量ずつプレス機械等に対して送り出して位置
決めし、プレス加工等を行っている。そして、従来の一
般的な送り装置は、例えば図４（ａ）に示すように、帯
状材１を挟み付けて回転することによって帯状材１の送
り動作を実現する少なくとも一対のフィードロール１１
ａ，１１ｂと、このフィードロール１１ａ，１１ｂのう
ちの少なくとも一方を駆動するモータ１２（例えば、サ
ーボモータ）と、このモータ１２の回転に応じた駆動側
位置検出信号を出力する駆動側位置検出器１３（例え
ば、パルス発生器；いわゆるエンコーダ）と、モータ１
２の動作をフィードバック制御するコントローラ１４と
を備え、コントローラ１４の位置フィードバック制御系
が、前記駆動側位置検出信号を位置フィードバック値と
する制御ループよりなる構成であった。

【０００３】ここでロールフィーダは、レベラと一体化
されたレベラフィーダとして設置される場合もあるが、
この場合でも、送り装置としての位置フィードバック制
御系の一般的な構成は、上述のとおり（駆動側位置検出
信号を位置フィードバック値とする単一の制御ループよ
りなる構成）であった。なお、図４（ａ）において符号
１５で示すものは、駆動側位置検出信号（駆動側位置検
出器１３の出力）を微分処理することによって速度フィ
ードバック値を生成する位置速度変換部である。また符
号１６は、例えばユーザの操作によって設定された送り
量に応じた位置指令（モータ１２の回転位置の指令値）
を適宜設定し出力する送り長さ設定部である。また符号
１７は、前記位置指令と位置フィードバック値の偏差
（位置の偏差）に応じた速度指令（モータ１２の回転速
度の指令値）を生成して出力する速度指令生成部であ
る。また符号１８は、前記速度指令と速度フィードバッ
ク値の偏差（速度の偏差）に応じたトルク指令（モータ
１２の出力トルク、即ちモータ１２の電流の指令値）を
生成して出力するトルク指令生成部である。また符号１
９は、前記トルク指令と後述するトルクフィードバック
値（モータ１２の電流検出値）の偏差（トルクの偏差）
に応じたモータ駆動信号（例えば、モータ１２をＰＷＭ
駆動する場合の駆動回路のデューティ比を指令する信
号）を生成して出力するモータ駆動信号生成部である。
また符号２０は、前記モータ駆動信号に応じてモータ１
２の通電制御を行うモータ駆動部（いわゆるサーボ制御
用のアンプ）である。

【０００４】ここで、送り長さ設定部１６は、図示省略
した操作パネルからの操作信号（或いは、設定データ）
を受けて、設定されたプログラムに従って制御処理を行
う手段（例えばシーケンサ）よりなり、運転中において
は、所定タイミングで設定された送り量だけ帯状材１を
送るべく、後流設備（例えば、プレス機械）からの同期
信号（例えば、プレス機械のクランク軸の回転位置を検
出するアブソリュートエンコーダやロータリーカムスイ
ッチなどの信号）を読み取りつつ、モータ１２の目標回
転位置を指令する信号又はデータ等を生成して速度指令
生成部１７に対して出力する（或いは、書き込む）もの
である。また、モータ駆動部２０は、例えばモータ１２
をＰＷＭ駆動するための駆動回路（例えばＦＥＴなどの
スイッチング素子をモータ１２に対してＨブリッジ形に
４個接続してなるブリッジ回路）や、この駆動回路にお
ける所定のスイッチング素子を前記モータ駆動信号に応
じたデューティ比で駆動制御する制御回路、及び、トル
クフィードバック値としてのモータ１２の電流値を検出
する電流検出回路を有するものである。なお、コントロ
ーラ１４は、上述した各要素を全て含む一体のユニット
として設けられていてもよいが、通常は、複数のユニッ
トからなる制御装置として構成されている。例えば、送
り長さ設定部１６及び速度指令生成部１７としての上位
装置と、位置速度変換部１５、トルク指令生成部１８、
モータ駆動信号生成部１９、及びモータ駆動部２０とし
てのドライブユニットの二つのユニットからなる。いず
れにしろ、上記コントローラ１４によれば、モータ１２
の回転位置の偏差（指令値とフィードバック値の差）が
常にゼロに近づくように、モータ１２が駆動され、その
結果、帯状材１が後流設備の運転に同期した所定タイミ
ングで設定された送り量だけ送り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の送り装置は、上述したように、位置フィードバック
制御系が駆動側位置検出信号を位置フィードバック値と
する制御ループよりなる構成であったので、高速送りが
可能となるものの、高い送り精度（プレス機械等に対す
る材料の位置決め精度）が得られないという問題があっ
た。というのは、モータ１２からフィードロール１１
ａ，１１ｂまでの駆動伝達機構には、当然にねじれ（変
形）やバックラッシュ（ガタ）が僅かに存在し、またフ
ィードロール１１ａ，１１ｂと材料（帯状材１）との間
には場合によっては僅かなスリップが発生するが、従来
の位置フィードバック制御系ではモータ１２の回転位置
のみが制御され、上述したモータ１２の負荷側における
ガタツキやスリップ等が制御上全く考慮されないため、
その分だけ位置決め精度の誤差が増加するからである。

【０００６】なお、上述した送り精度を高める対策とし
ては、例えば図５に示すような構成とすることが考えら
れる。即ち、フィードロール１１ａ，１１ｂの下流側
（又は上流側）に、帯状材１を軽く挟み付ける状態で回
転自在に設置され帯状材の送り動作に従って回転する少
なくとも一対のメジャーロール２１ａ，２１ｂを設置す
るとともに、このメジャーロール２１ａ，２１ｂの回転
に応じた被駆動側位置検出信号を出力する被駆動側位置
検出器２２（例えば、エンコーダ）を設け、この被駆動
側位置検出信号を位置フィードバック値としてフィード
バック制御を行うコントローラ１４ａとする構成であ
る。この場合、メジャーロール２１ａ，２１ｂには帯状
材１を送るための駆動トルクがかからないので、メジャ
ーロール２１ａ，２１ｂと帯状材１の間にはスリップが
ほとんど発生しない。このため、位置フィードバック値
として使用される被駆動側位置検出信号は、帯状材１の
送り量にそのまま対応することになる。そして、この位
置フィードバック値（被駆動側位置検出信号）が位置指
令に一致するようにフィードバック制御されるので、高
い送り精度が実現できる。

【０００７】しかしこのように、メジャーロール２１
ａ，２１ｂによる送り長さ測定結果（即ち、被駆動側位
置検出信号）を単純に位置フィードバック値とする構成
では、いわゆるハンチングが発生し易く、位置制御ルー
プのゲインを高く設定できないため、整定時間が長くな
って高速送りができなくなるという弊害があった。この
場合、従来と同程度の高速送りを実現すべく位置制御ル
ープのゲインを高く設定すると、前述のねじれやバック
ラッシュなどの影響で制御系のハンチングが発生して、
例えば、静止すべき状況でモータ１２の回転軸やフィー
ドロール１１ａ，１１ｂが振動してしまうなどの不具合
が発生するからである。そこで本発明は、メジャーロー
ルを備えて送り精度の向上が実現され、しかも従来と同
程度の高速送りが可能な送り装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による送り装置は、帯状材を送り出す送り装
置であって、帯状材を挟み付けて回転することによって
帯状材の送り動作を実現する少なくとも一対のフィード
ロールと、このフィードロールの下流側又は上流側に配
置され、帯状材の送り動作に応じて回転するメジャーロ
ールと、前記フィードロールを駆動するモータと、前記
モータの回転に応じた駆動側位置検出信号を出力する駆
動側位置検出器と、前記メジャーロールの回転に応じた
被駆動側位置検出信号を出力する被駆動側位置検出器
と、前記モータの動作をフィードバック制御するコント
ローラとを備え、前記コントローラの位置フィードバッ
ク制御系が、前記駆動側位置検出信号に基づく位置デー
タをフィードバックする第１制御ループと、前記被駆動
側位置検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検
出信号に基づく位置データの差をフィードバックする第
２制御ループとよりなり、これら二つの制御ループのフ
ィードバック値を加算して最終的な位置フィードバック
値とする構成であることを特徴とする。即ち、駆動側位
置検出信号に基づく位置データ（送り量に対応するデー
タ）をＰ１、被駆動側位置検出信号に基づく位置データ
をＰ２とした場合、最終的な位置フィードバック値のデ
ータＰが、例えばＰ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｐ１、或いは
Ｐ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｇ（Ｐ１）となる構成である。
ここでＦは、上記差（Ｐ２−Ｐ１）に対して第２制御ル
ープのフィードバック値を決定する関数を意味する。ま
たＧは、上記位置データＰ１に対して第１制御ループの
フィードバック値を決定する関数を意味する。なお、
「最終的な位置フィードバック値」とは、制御対象（モ
ータ）に対する操作量（モータ電流等の制御目標値）の
基となる位置の偏差を生成するための位置フィードバッ
ク値（位置の現在値）を意味する。

【０００９】また、本発明の好ましい態様として、請求
項２記載の送り装置は、前記被駆動側位置検出信号に基
づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位置
データの差（Ｐ２−Ｐ１）に対して、ローパスフィルタ
処理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、前記第２
制御ループのフィードバック値（Ｆ（Ｐ２−Ｐ１））と
して前記第１制御ループのフィードバック値（例えばＰ
１）に加算して最終的な位置フィードバック値（Ｐ）と
するものである。即ち、前述した関数Ｆがローパスフィ
ルタ処理又は／及びリミッタ処理に相当するものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図１は、本例の送り装置
（ロールフィーダ）の主にコントローラの構成を示す図
であり、図２は、本例の送り装置の機械部分（コントロ
ーラを除く部分）の要部側面図である。なお、図４や図
５により既に説明したものと同様の構成要素について
は、同符号を使用して重複する説明を省略する。本例の
ロールフィーダは、図２に示すように、案内ロール３０
と、ピンチロール３１と、一対のフィードロール１１
ａ，１１ｂと、メジャーロール２１ａ，２１ｂとが、帯
状材１の通過位置に沿って配置されたもので、付帯機器
としては、コントローラ１４ｂ（図１に示す）や操作パ
ネル（図示省略）などを備える。

【００１１】ここで、案内ロール３０やピンチロール３
１は、帯状材１の入口側に回転自在に設けられ、フィー
ドロール１１ａ，１１ｂに向かって帯状材１を案内する
ものである。また、フィードロール１１ａ，１１ｂは、
帯状材１を後流設備（例えば、プレス機）に送り込む力
を帯状材１に加えるロールであり、帯状材１を挟み付け
た状態で回転可能に配設され、この場合下側のフィード
ロール１１ｂが、その下方に配設されたモータ１２によ
って回転駆動される。なお、図２において符号３２，３
３，３４で示すものは、上記モータ１２の回転出力をフ
ィードロール１１ｂに減速して伝達するためのベルト
（例えば、タイミングベルト）やプーリである。また、
モータ１２はサーボモータであり、このモータ１２の出
力軸の回転を入力とするエンコーダ１３（駆動側位置検
出器）が同軸上に取り付けられている。

【００１２】次に、メジャーロール２１ａ，２１ｂは、
帯状材１の送り量を測定するためのロールであり、帯状
材１を軽く挟み付けた状態で回転自在に配設され、帯状
材１の送り動作に連動するように回転するものである。
この場合、下側のメジャーロール２１ｂの下方には、エ
ンコーダ２２（被駆動側位置検出器）が配設され、この
メジャーロール２１ｂの回転がベルト３５及びプーリ
（符号省略）によってエンコーダ２２に伝達される構成
となっている。また、操作パネルは、送り長さ設定部１
６を構成する上位装置に電気的に接続された操作部であ
り、操作用の各種押しボタンや表示部がその上面に設け
られたものである。モータ１２などのマニュアル操作
や、各種のデータ設定操作などが、この操作パネルから
容易に可能となっている。なお、操作パネルから予め作
業者が設定するデータとしては、帯状材１の周期的送り
量（後流設備である例えばプレス機械の１周期の動作に
対して帯状材１を所定タイミングで送る際の送り長さ）
などがある。

【００１３】次に、本例のロールフィーダの制御系につ
いて説明する。本例のロールフィーダは、図１に示すコ
ントローラ１４ｂを備える。このコントローラ１４ｂの
位置フィードバック制御系は、エンコーダ１３の出力
（駆動側位置検出信号）に基づく位置データＰ１をフィ
ードバックする第１制御ループＬ１と、エンコーダ２２
の出力（被駆動側位置検出信号）に基づく位置データＰ
２と前記位置データＰ１の差（Ｐ２−Ｐ１）をフィード
バックする第２制御ループＬ２とよりなり、これら二つ
の制御ループのフィードバック値を加算して最終的な位
置フィードバック値Ｐ（Ｐ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｐ１）
とする構成である。ここでＦは、図１に示すフィルタ部
４１の入力と出力の関係に相当する関数である。フィル
タ部４１は、コントローラ１４ｂを構成するマイクロコ
ンピュータ（上位装置）の処理機能によって実現される
もので、前記位置データの差（Ｐ２−Ｐ１）に対してロ
ーパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理をかけたも
のを、第２制御ループＬ２のフィードバック値（Ｆ（Ｐ
２−Ｐ１））として出力する要素である。なお定常的に
は、Ｐ１＝Ｐ２の場合、Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＝Ｆ（０）＝
０となり、Ｐ＝Ｐ１となる。このようなフィルタ部４１
があると、第２制御ループＬ２のゲインを容易に低く設
定できる。

【００１４】以上説明したロールフィーダであると、第
１制御ループＬ１のゲインを高く設定することにより、
整定時間の短い迅速な送り動作が可能となり、しかも、
上述したフィルタ部４１の作用等によって第２制御ルー
プＬ２のゲインを比較的低く設定することにより、ハン
チングを防止しつつ高い送り精度が得られる。なお図３
は、整定時間が短くなる効果を説明する図である。通
常、送り長さ設定部１６から出力される位置指令は、帯
状材１の送り量として見ると、図３の上段において符号
Ｐ０で示すように変化する。また、これに対する送り速
度は、図３の下段において符号Ｖ０で示すように変化す
る。即ち、一回の送り動作では、停止状態から一定加速
度で加速した後、一定速度を保ち、その後一定加速度で
減速して停止することによって、所定量の送り量を実現
するように位置指令が変化する。しかし、実際の帯状材
１の動作は、この位置指令に対して制御ループのゲイン
に応じた遅れをもっており、図３の上段において符号Ｐ
Ａ又はＰＢで示すように、或いは図３の下段において符
号ＶＡ又はＶＢで示すように変化する。そして、前述し
た図５に示した構成（単純にメジャーロールの回転位置
をフィードバックした単一の制御ループよりなる構成）
では、ハンチングを防止すべくゲインを低くせざるを得
ない制御ループのみによるフィードバック制御であるた
め、図３の上段において符号ＰＢで示すように、或いは
図３の下段において符号ＶＢで示すように、指令に対し
て大きな遅れをもった送り動作となり、図３の下段に示
すような大きな整定時間ＴＢ（例えば１００ｍｓｅｃ〜
３００ｍｓｅｃ程度）が必要となる。ところが、本例の
ように第１制御ループＬ１と第２制御ループＬ２を有す
る構成であると、図４に示した従来の構成と同様に、指
令に対する遅れが少なくなり、整定時間も小さくなる。
即ち、図３の上段において符号ＰＡで示すように、或い
は図３の下段において符号ＶＡで示すように、指令に対
して小さな遅れで迅速に送り動作が実現され、図３の下
段に示すような小さな整定時間ＴＡ（例えば１０ｍｓｅ
ｃ〜４０ｍｓｅｃ程度）となる。ちなみに発明者らは、
本例と同構成の実機によって、上述したような迅速な送
り動作が可能となること、また図５に示した構成と同程
度の高い送り精度が得られること、さらにはハンチング
が発生しないことを確認している。

【００１５】なお、本発明は上記形態例の態様に限られ
ず、各種の変形や応用があり得る。例えば、図１におけ
るフィルタ部４１のような要素は必ずしも必要ではな
い。図１におけるエンコーダ１３，２２の特性や他の信
号伝達要素の特性によっては、図１のようなフィルタ部
４１を設けないで、第２制御ループＬ２のゲインを低く
設定できる態様もあり得るからである。また、フィルタ
部４１の代わりに、入力を一定の比率で減少させて出力
する比例要素などを設けて、第２制御ループＬ２のゲイ
ンを低く設定してもよい。また、第１制御ループＬ１の
ゲインを適度な高さに設定するなどのために、第１制御
ループＬ１においても、エンコーダ１３からの入力デー
タに対してリミッタ処理等を加えるフィルタ部を設けて
もよい。この場合、最終的な位置フィードバック値Ｐ
は、Ｐ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｇ（Ｐ１）となる。また、
コントローラを構成する要素（例えばフィルタ部４１や
速度指令生成部１７など）は、マイクロコンピュータの
情報処理によってソフト的に実現される態様に限られ
ず、マイクロコンピュータとは別個の専用回路によって
ハード的に実現されてもよい。また、フィーダ（送り装
置）を含む設備（例えば、レベラとフィーダが一体化さ
れたレベラフィーダ）に対しても、本発明が適用できる
のはいうまでもない。

【００１６】

【発明の効果】本発明の送り装置は、コントローラの位
置フィードバック制御系が、駆動側位置検出信号に基づ
く位置データをフィードバックする第１制御ループと、
被駆動側位置検出信号に基づく位置データと駆動側位置
検出信号に基づく位置データの差をフィードバックする
第２制御ループとよりなり、これら二つの制御ループの
フィードバック値を加算して最終的な位置フィードバッ
ク値とする構成である。このため、第１制御ループのゲ
インを高く設定することにより、整定時間の短い迅速な
送り動作が可能となり、しかも、第２制御ループのゲイ
ンを比較的低く設定することにより、ハンチングを防止
しつつ高い送り精度が得られる。また請求項２記載のよ
うに、前記位置データの差に対してローパスフィルタ処
理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、第２制御ル
ープのフィードバック値として第１制御ループのフィー
ドバック値に加算して最終的な位置フィードバック値と
する構成である場合には、第２制御ループのゲインを比
較的低く設定してハンチングを防止することが容易に可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】送り装置の構成を示す図である。

【図２】送り装置の機械部分の要部側面図である。

【図３】送り動作の指令に対する遅れを説明する図であ
る。

【図４】従来の送り装置の構成を示す図である。

【図５】メジャーロールのある送り装置（比較例）の構
成を示す図である。

【符号の説明】

１ 帯状材 １１ａ，１１ｂ フィードロール １２ モータ １３ エンコーダ（駆動側位置検出器） １４ｂ コントローラ ２１ａ，２１ｂ メジャーロール ２２ エンコーダ（被駆動側位置検出器） Ｌ１ 第１制御ループ Ｌ２ 第２制御ループ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状材を送り出す送り装置であって、 帯状材を挟み付けて回転することによって帯状材の送り
   動作を実現する少なくとも一対のフィードロールと、こ
   のフィードロールの下流側又は上流側に配置され、帯状
   材の送り動作に応じて回転するメジャーロールと、前記
   フィードロールを駆動するモータと、前記モータの回転
   に応じた駆動側位置検出信号を出力する駆動側位置検出
   器と、前記メジャーロールの回転に応じた被駆動側位置
   検出信号を出力する被駆動側位置検出器と、前記モータ
   の動作をフィードバック制御するコントローラとを備
   え、 前記コントローラの位置フィードバック制御系が、前記
   駆動側位置検出信号に基づく位置データをフィードバッ
   クする第１制御ループと、前記被駆動側位置検出信号に
   基づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位
   置データの差をフィードバックする第２制御ループとよ
   りなり、これら二つの制御ループのフィードバック値を
   加算して最終的な位置フィードバック値とする構成であ
   ることを特徴とする帯状材の送り装置。
2. 【請求項２】 前記コントローラは、前記被駆動側位置
   検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検出信号
   に基づく位置データの差に対して、ローパスフィルタ処
   理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、前記第２制
   御ループのフィードバック値として前記第１制御ループ
   のフィードバック値に加算して最終的な位置フィードバ
   ック値とする構成であることを特徴とする請求項１記載
   の帯状材の送り装置。