JP2005273027A - 整形機における張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】糸がガイドロールとのスリップによる摩擦により、毛羽が立ち、品質が低下するのを防止し、静電気の発生での糸の修復を容易にすることができる整形機における張力制御方法を提供する。
【解決手段】制御システムを定常状態の張力制御から、機械を停止するまでの時間のみ、非常に強制力が高く応答速度の速い制御方法である、デジタル的なパルス信号による同期比率運転を行うようにした。またこの部分に機械的ブレーキを併設することにより、サーボモータの容量を小さくできる。同期比率の割合を計算する制御装置１５には高速計算が可能なCPUを使用すると便利である。ガイドロールとゴムロールのニップ部分は接合状態を保つのでこの部分を離反させていた従来の機械部品は不要である。
【選択図】図２

Description

本発明は整形機でクリールと巻取ビーム間に設けられる、ガイドロールとゴムロールによるニップ部分を使用した張力制御の、改良技術に関するものである。

従来の技術として、整形機における巻取り張力はクリールのテンサーと糸切れを検出するドロッパーにより与えられていた。しかしこの方法では十分な張力が確保できないため、測長ロールの前方に設置される、ガイドロールにゴムロールを接触させ、たて糸をこのロール間でニップし、このロールの一方又は両方にトルクモータやパウダークラッチ等でクリール部分の張力より軽くするときプラスのトルクを与え、重くするときマイナスのトルクを与え、張力を制御する方法が採用されるようになった。

しかし整形機の特性上、クリール部分での糸切れに対して、切れ端が巻取りビームに巻き込まれる前に、機械停止をして、糸切れ処理をするため、機械を１秒以内に停止する必要がある。このときガイドロールとゴムロールでニップされた、たて糸部分の回転と巻取りビーム間の回転バランスが取れず、糸緩みや過張力になっていた。

この対策として、機械停止時ゴムロールをガイドロールからエァーシリンダー等を使用して離反させ、たて糸のニップを解放し、さらにガイドロールのブレーキ力を巻取り部分より早く停止するように設定した。その結果、ガイドロールの表面上に糸をスリップさせて、糸緩みと過張力を防止していた。しかしこの方法でも糸がガイドロールとのスリップによる摩擦により、毛羽が立ち、品質が低下し、静電気の発生で糸の修復が困難であった。本発明の目的はこれらの問題を解決するものである。

本発明では巻取りビームの回転に対して、巻取り張力を制御するガイドロールとゴムロール部分に高速応答のサーボモータを連結して、定常状態においては張力制御を行い、機械停止時は巻取りビームの回転に同期して、ガイドロールとゴムロール部分に連結したサーボモータとの同期比率運転により、機械を停止する。このように、たて糸のガイドロール部分でのニップを保持した状態で機械は停止して、摩擦による不具合を解決するものである。

同期比率運転の方法としては、機械停止直前の巻取りビームの回転パルスとニップ部分のロール回転パルスの比率を常に記憶して、機械停止信号でこの比率の直前のデータを読み出して、ニップ部分のロール回転を巻取りビームの回転に同期するように、同期比率運転をする。

このように機械停止時、機械停止直前の回転比率データにより、同期比率運転を行う。巻取りビームのビーム経変化により、回転エネルギーが変化して、巻取りビームの機械式ブレーキ力が一定でも、機械の停止時間が変わる。これに対してニップ部分のロール回転を同期させる必要がある。

制御系のメインループではこのとき、同期比率運転を行うが、このときの偏差を少なくするため、巻取りビームとニップ部分のサーボモータの回転比率から巻取りビームの巻径を求め、これに対する停止時間から、あらかじめ、サーボモータのマイナーループの電流値を設定しておくと、制御系をより安定できる。このように、巻取りビーム経の変化に対する、停止時間の変化に対して、サーボモータのブレーキトルクである、電流をあらかじめ、設定しておくと、巻取り張力は定常状態とほとんど変わらない張力を保つことができる。

又機械の運転から停止するまでの時間は１秒以内で、この間の巻取りビームの巻経変化は無視することができ、機械停止直前の同期比率データで、機械を停止しても、それまでの定常運転でのたて糸の伸びを含めたストレッチで制御され、定常運転と同じ張力を得ることができる。

機械停止時、巻取り張力が定常状態と同じになり、従来のように、たて糸に過張力が掛かることが無く、摩擦による毛羽立ちも無くなり、品質の向上が行われた。又糸切れ処理のとき、静電気の発生が少なくなり、いと切れ処理時間が短くなり機械の稼働率向上が行われた。ニップ部分のロール間の離反が必要なくなり、機械のメンテナンスもエァーシリンダー等の機械的可動部分がなくなり、楽になった。価格的にも機械部分より電気的な価格が安くなり、経済的にも有利となった。

図１は整形機の側面図である。まずクリール部１からのたて糸の流れを説明する。クリール部１には、たて糸が、約１０００本程度仕掛けられ、図示していない糸切れ検出部分、公称、ドロッパー部分を経て、さらに図示していない筬を経て、ガイドロール２から、ガイドロール３とゴムロール４でニップされた部分を通過し、測長ロール１０を経て、巻取りビーム１１に巻取られる。

ゴムロール４には機械的にサーボモータ５と機械式ブレーキ７が結合されている。サーボモータ５には回転検出用にエンコーダ６が結合されている。機械式ブレーキ７は機械停止時のサーボモータ５のトルクを補うもので、サーボモータ５を定常状態の制御に必要な大きさに選定したとき必要になる。サーボモータ５の容量を大きく選定すれば、機械式ブレーキ７は省略可能である。測長ロール１０にはたて糸８の巻取り長さを測る目的と、機械の速度を検出する目的でエンコーダ９が取り付けられている。

巻取りビーム１１には巻取りモータ１２と巻取りブレーキ１４が取り付けられている。巻取りモータ１２にはさらに、回転を検出するエンコーダ１３が機械的に取り付けられている。巻取りブレーキ１４は機械停止時に動作して巻取りビーム１１を停止する。１例として、ブレーキ力は６００ｍ/minの速度で１秒以内に停止するように設定される。

しかしこのブレーキ力は一般的には一定に設定され、巻取りビーム１１の巻経変化に対する停止時間は巻取りビーム１１の慣性モーメントの変化により変化する。巻取りモータ１２は機械の高速運転までの加速時間が７から１０秒程度と長く、機械停止時は巻取りブレーキ１４により停止するので、高速応答の必要が無く、インバータモータ等で構成できる。ガイドロール２、測長ロール１０にも一般的には機械式ブレーキが設けられるが図面上では省略されている。

図２はサーボモータ５と巻取りモータ１２の制御ブロック図である。制御装置１５には、巻取りモータ１２に機械的に連結されたエンコーダ１３からのパルス信号とサーボモータ５に機械的に連結したエンコーダ６からのパルス信号を入力してあり、ここでパルス列の比率をスクロール機能で常に新しいデータに更新する。

運転信号が無くなったときは機械停止信号が来たと判断して、ただちに最新の同期比率の割合とエンコーダ１３とエンコーダ６の回転比率を計算し、回転比率の信号をサーボモータ制御装置１６のメインループである速度制御系に出力する。速度制御系から出た信号はサーボモータ制御装置１６のマイナーループである、電流制御回路へ入力され、さらにトランジスターで構成される出力回路を通して、サーボモータ５が制御される。このようにして巻取りモータ１２との回転に同期しながらサーボモータ５は停止する。

制御装置１５ではこのほかにもエンコーダ１３とエンコーダ６の回転比率から巻取りビーム１１の巻経を計算し、さらにこの巻経のときの機械停止時間に対応したサーボモータトルクを計算するか、あるいはあらかじめ作成したメモリーテーブルからデータを呼び出し、運転信号が無くなったときは機械停止信号が来たと判断して、このブレーキ電流信号がサーボモータ制御装置１６のマイナーループである電流制御回路へ出力される。

このようにサーボモータ制御装置１６のマイナーループの電流を予め設定しておくとメインループでの電流補正量を少なくすることができ、同期制御の精度をあげることができる。制御装置１５は高速で多くの信号処理をする必要があり、計算を得意とするDSPタイプの計算機で構成すると都合が良い。さらに、機械式ブレーキ７のブレーキ量をマイナーループの電流制御量が少なくなるように設定しておけば、サーボモータ５の容量を定常状態での容量に設定できる。

このように機械停止時はあらかじめ巻取りビーム１１の停止時間に対応したブレーキ電流をサーボモータに与え、同期比率の信号で速度制御系を通じて、この電流値を修正する方法で制御系の安定を行っている。定常状態では、サーボモータ制御装置１６は設定器１７で設定された電流で、サーボモータ５のトルクを制御してガイドロール３とゴムロール４のニップ部分にトルクを与え、巻取り部分の張力を制御する。

運転信号が無くなると、ただちに制御装置１５からの同期比率信号とブレーキ電流信号により巻取りモータ１２の回転に対して、サーボモータ５が同期運転するように機能する。巻取りビーム１１が万巻になりビームを取り替えた時、制御装置１５に対し、ビーム切替信号が出される。この信号が制御装置１５に入力されると、エンコーダ１３とエンコーダ６から作成した内部データがクリァーされ、内部にある巻取りビームの胴径データに切り替わる。運転が再開されエンコーダ１３，エンコーダ６から必要なデータ量のパルス信号がくると、自動的にこの値に切り替えられる。サーボモータ制御装置１５にもサーボモータ５の回転を安定させるため、エンコーダ６のフィードバックパルスが取り込まれている。

巻取りモータ１２の制御は設定器１９で設定された機械速度指令を巻取り制御装置１８に与える、巻取り制御装置１８は運転信号がくると、巻取りモータ１２を測長ロール１０に連結したエンコーダ９と比較しながら加速機能を使用して、徐々に加速して行き、定常状態でもエンコーダ９との速度比較をしながら運転を行う。巻取り制御装置１８は巻取りモータ１２の速度を安定するためエンコーダ１３の信号も同時に取り込んでいる。図面上設定器１７と設定器１９を別々に図示してあるが、通信機能を持った設定器で１つにすることもできる。

前にも記したが、制御装置１５で計算するデータには巻取りビーム１１の巻経データが含まれている。巻取りビーム１１の巻経変化により巻取りブレーキ１４のブレーキトルクが一定なら、機械停止時間が変化する。この時間変化に対応して同期比率制御の安定する方法を記したが別の方法として、巻取りブレーキ１４のブレーキ力を巻経データで補正して、機械を一定時間で停止する方法もある。

又同期比率制御の方法としてエンコーダ１３とエンコーダ６の回転比率データを使用する方法を開示したが、別の方法として、機械速度と巻取りビームの
機械停止時の減速状態を、エンコーダ１３のパルス間隔の変化から求め、機械速度に対する、巻取りビーム１１の減速カーブから、サーボモータ５を同期させる方法も考えられる。

本発明は巻取り張力を制御する装置において、機械停止時間を極端に短く要求される、装置に応用可能である。又本発明では巻取りに比較してニップ部分の慣性モーメントが小さいのでこの部分を同期させたが、巻取り部分の慣性モーメントが送出部分に比較して小さい場合いは、同期部分を逆にして、応用することが可能である。

整形機の側面図である。 サーボモータ５と巻取りモータ１２の制御ブロック図である。

符号の説明

１ クリール部分
2 ガイドロール
3 ガイドロール
４ ゴムロール
5 サーボモータ
６ エンコーダ
７ 機械式ブレーキ
８ たて糸
９ エンコーダ
１０ 測長ロール
１１ 巻取りビーム
１２ 巻取りモータ
１３ エンコーダ
１４ 巻取りブレーキ
１５ 制御装置
１６ サーボモータ制御装置
１７ 設定器
１８ 巻取り制御装置
１９ 設定器

Claims (2)

1. たて糸を巻取る整形機で、クリールと巻取りビーム間にガイドロールとゴムロール等によるたて糸をニップする部分を設けた装置において、このニップ部分のロールに機械的にサーボモータを連結し、機械運転中は巻取り張力を制御し、機械停止時は巻取りビーム回転に対して、ニップ部分のロール回転を同期比率運転して機械を停止する方法。
2. 請求項１の同期比率運転において、あらかじめ、巻取りビームの巻経データを利用して、サーボモータ制御装置のマイナーループを通じて、巻取りビームの巻経に対する停止時間の変化に対応した、ブレーキ電流を流して制御系を安定させる方法。

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