JP2006327734A - マンドレルの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マンドレルの駆動モータを常に最適な回転数で駆動する。
【解決手段】プレス機の送り装置にコイル材を繰り出すマンドレルの駆動モータは運転周波数範囲を複数の領域に定義され、周波数領域に応じた回転数変化率とマンドレルのフィードバック時間に相当する目標時間（Ｔ）が設定される。駆動モータの定常運転周波数が属する周波数領域により運転条件が決定され、マンドレルの動作時間（測定時間（ｔ））が測定される。目標時間（Ｔ）と測定時間（ｔ）の比較から次回の定常運転周波数が決定されフィードバック制御がなされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、コイル材の保持部を駆動モータで回転駆動することにより、加工機に送り手段を介して供給されるコイル材を供給量に応じて繰り出し、または加工機から排出されるコイル材を巻取るためのマンドレルに係わり、特に前記マンドレルにおけるコイル材の繰り出し又は巻き取り速度を制御するための制御装置に関するものである。

プレス加工等において、略円筒状に巻回された細長い帯状の素材であるコイル材が用いられる場合には、このコイル材を保持する手段としては一般にマンドレルが使用される。

図６に、マンドレルを含むプレスラインの一例を示す。１はプレス機、２は上型、下型からなる金型である。３は送り装置であり、上下一対のロール間にコイル材６を挟持し、プレス機１の加工速度にあわせて所定の長さでコイル材６を間欠的に供給する。また、４はコイル材６のループの上限位置と下限位置を検出する上下一対のループセンサである。

５はマンドレルである。このマンドレルは、保持部５ａにコイル材を巻回した状態で保持することができる。この保持部５ａは図示しないモータによって回転駆動され、前記コイル材を繰り出すことができる。モータは、前記ループセンサ４からの検出信号に基づいて制御装置５ｂが制御する。

前記制御装置５ｂは、前記検出手段４の出力信号に応じて、モータの運転・停止を切り替えるように構成されている。ここでモータの運転はモータの起動及び回転数を段階的に切り替えることをいう。

図７に制御部５ｂの構成を示す。制御部５ｂは、演算部１２とクロック１３とＲＡＭ１４と設定スイッチ１５とインバータ１６を有しており、検出手段１７とスイッチ１８からの信号を受け、駆動モータ１９を制御するように構成されている。

前記検出手段１７は、ループセンサ４の出力によりコイル材のループの上限位置及び下限位置を検出して、前記演算部１２にそれぞれ起動信号及び停止信号を出力する。

前記スイッチ１８は制御部１１による駆動モータ１９の運転態様を自動運転・手動運転・寸動運転のなかから選択する。

まず、前記演算部１２は、インバータ１６を介して駆動モータ１９の回転数を周波数制御するものであり、前記起動信号が入力された時に駆動モータ１９の回転数を所定値まで徐徐に増加させて、停止信号が入力された時に駆動モータ１９の回転数を徐徐に減少させて停止させる。

次に、前記演算部１２は、運転中にコイル材が上限位置から下限位置に到達する時間を測定する時間測定部としての機能を有している。即ち演算部１２は、前記検出手段１７から連続して入力された起動信号と停止信号の時間間隔（測定時間ｔ）を、クロック１３が発生する信号に基づいて測定する。

さらに、前記演算部１２は、前記設定スイッチ１５及びＲＡＭ１４とともに、運転中にコイル材が上限位置から下限位置に到達する目標時間Ｔを設定するための時間設定部を構成している。即ち、設定スイッチ１５で入力した目標時間Ｔは、演算部１２を介してＲＡＭ１４に格納される。

前記時間設定部の設定スイッチ１５においては、始動時の定常運転周波数として駆動モータ１９の最高回転数Ｆ1 が設定される。また、駆動モータ１９の回転数の調整幅Δｆも設定される。両者は前記目標時間Ｔと共にＲＡＭ１４に格納される。

そして前記演算部１２は、前記目標時間Ｔと測定時間ｔを比較し、Ｔ＞ｔの時には駆動モータ１９の定常運転周波数をΔｆ小さくし、Ｔ＜ｔならばΔｆ大きくし、Ｔ＝ｔならば現状の定常運転周波数を維持し、この定常運転周波数をもって次の起動時に駆動モータ１９を起動させるように構成されている。

本実施例における目標時間Ｔの設定は、検出手段１７、マンドレル本体又は送り装置等の実際の設置状態に応じた適切な値に定めることができる。そして、回転速度の制御が小きざみに行なわれるので、コイル材の巻径や加工ラインの作業速度に機敏に対応した適切なコイル材の繰り出しを行うことができる。
特開平７−０３３３０１号公報

従来のマンドレルの制御では目標時間と駆動モータの回転数の増加・減少率の設定がそれぞれ一種類であった。このため以下のような制限があった。

まず目標時間について説明する。従来技術の制御は目標時間という指標を用いて一定量のコイル材を繰り出している。これは直前の動作時のコイル材の巻径を基準としてマンドレルの主軸の回転数（即ち駆動モータの回転数）を決めて一定量を繰り出す制御と考えることもできる。

保持部５ａへのコイル材の巻径が比較的小さくて駆動モータの回転数が高い場合は短時間で巻径が急激に減少する。一定量のコイル材を繰り出すには巻径の変化に応じて回転数を上昇させる必要があり、そのためには目標時間を短くして回転数を短時間に変化させるようにせざるを得なかった。

次に駆動モータの回転数の増加・減少率について説明する。マンドレルから一定量のコイル材を繰り出すためにコイル材の巻径が小さい場合は回転数を上げる必要がある。上記のように目標時間は短い一定時間とされるので高い定常回転数まで短時間に加減速する必要がある。従ってこの条件に適合する急激な増加・減少率を採用する必要があった。

保持部５ａへのコイル材の巻径が大きいときに目標時間及び駆動モータの回転数の増加・減少率は上述の制限は受けない。それに拘らずこの場合も短い目標時間の設定のため必要以上に保持部５ａの起動・停止を行い定常運転時の駆動モータ回転数も高くなる。そして急激な増加・減少率設定のため必要以上に加速・減速を強いられることになる。コイル材の巻径が大きいときはコイル材の慣性モーメントも大きくなるので、これらの動作によりコイル材がゆるんで巻き乱れる事態（バラケ）が生じ易いという問題があった。また駆動モータにも必要以上に負荷がかかる問題もあった。

近年のプレスラインは高速化が進み、これに伴いマンドレルからのコイル材の繰り出し能力もより高いものが求められている。駆動モータにより駆動されるマンドレルの主軸の回転数は従来は２０ｒ／ｍｉｎ程度であったものが３０ｒ／ｍｉｎ程度が求められるようになっており、バラケと駆動モータの負荷はより深刻な問題となって来た。

本発明は、マンドレルの駆動モータを常に最適な目標時間と駆動モータの回転数の増加・減少率で駆動しバラケを回避するマンドレルの制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係るマンドレルの制御装置は、駆動モータの回動駆動により、加工機に送り手段を介して供給されるコイル材を供給量に応じて繰り出し、加工機から排出されるコイル材を巻取るマンドレルの制御装置であって、コイル材のループの上限位置及び下限位置を検出する検出部と、コイル材がループの上限位置から下限位置に到達する時間を測定する時間測定部と、コイル材がループの上限位置から下限位置に到達する目標時間を設定する時間設定部と、コイル材がループの上限位置又は下限位置に到達したときにマンドレルの駆動モータの運転・停止を切り換えるとともに、前記時間設定部で設定された目標時間と時間測定部の測定時間を比較して駆動モータの回転数を所定回転数だけ増減する制御部を有するマンドレルの制御装置において、当該制御装置は更に、前記駆動モータの運転周波数範囲を複数の周波数領域として設定する周波数領域設定部と、前記駆動モータの定常運転周波数を設定する周波数設定部とを有し、各周波数領域毎に前記目標時間の設定を可能としたことを特徴としている。

本発明に係るマンドレルの制御装置は更に前記駆動モータがインバータ制御され、前記目標時間と前記測定時間を比較して定常運転周波数を増減することを特徴としている。

本発明に係るマンドレルの制御装置は更に前記周波数設定領域に対応した運転周波数の変化率を設定する変化率設定部と、前記制御装置が前記駆動モータの定常運転周波数を記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶された定常運転周波数と前記周波数領域の基準値を比較する演算手段とを有し、当該比較結果にもとづいて次回運転時の運転周波数の変化率及び目標時間を選択することを特徴としている。

本発明に係るマンドレルの制御装置は更に前記目標時間経過後所定時間内に停止信号が入力されない場合、停止信号が入力されるまで所定時間経過毎に予め定めた回転数だけ前記駆動モータの回転数を上昇させることを特徴としている。

本発明によればマンドレルの駆動モータの加減速を不必要に急激に行なう事態を回避し、また定常運転時の回転数を最適に制御してコイル材のバラケを防止するとともに駆動モータの回転数を常に最適な条件に調整するという効果がある。

図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施例であるマンドレルの制御装置１０を図１及び図２を参照して説明する。なお、マンドレルとしては、図６に示したようなプレス加工ラインにおけるアンコイラを例にとる。本実施例において、マンドレル以外の構成部分は図６を参照して説明した従来例と同一である。また本実施例のマンドレルは、コイル材を扱うための機構的な構成については従来と同一であるが、検出部からの信号を受けて駆動モータを制御する制御部の構成が従来と異なる。

図１に示すように、制御部１１は図７に示す従来技術と比較し、設定スイッチ１５、ＲＡＭ１４、演算部１２の構成が異なる。

設定スイッチ１５は図１分図（ｂ）に示すように従来技術の目標時間、調整幅Δｆに加えてマンドレルの駆動モータの回転数範囲を複数の領域に定義する周波数領域、駆動モータの加減速の度合いを定義する周波数変化率が設定される。また従来技術の駆動モータ１９の最高回転数Ｆ１に代わりマンドレル起動時の駆動モータの定常運転時の周波数を定義する定常運転周波数が設定される。

ＲＡＭ１４には図１分図（ｃ）に示すように従来技術の調整幅Δｆに加えてマンドレル起動時の駆動モータの定常運転周波数と周波数領域毎に目標時間と駆動モータの周波数変化率が格納される。図１（ｃ）では周波数領域が高回転領域（Ｆ（Ｈ））、中間回転領域（Ｆ（Ｍ））、低回転領域（Ｆ（Ｌ））の三領域として格納され、それぞれの周波数領域に対して目標時間と駆動モータの周波数変化率が格納される。また図示しないが中間回転領域（Ｆ（Ｍ））、低回転領域（Ｆ（Ｌ））はその上限値が格納される。

図２に周波数領域毎のマンドレルの駆動モータ運転時の回転数の変化を示す。ここではループセンサ４の上限位置検出スイッチのＯＮ（起動信号）時点を揃えて表示してある。いずれの場合もモータの回転周波数は一定の比率で上昇し、所定の周波数に達した時点で一定となり、ループセンサ４の下限位置検出スイッチのＯＮ（停止信号）時点から一定の比率で減少する。

各周波数領域毎にモータの回転周波数上昇率が異なっており、図２では高回転領域に対する周波数上昇率（Ｒｉｎｃ（Ｈ））、中間回転領域に対する周波数上昇率（Ｒｉｎｃ（Ｍ））、低回転領域に対する周波数上昇率（Ｒｉｎｃ（Ｌ））を比較するとＲｉｎｃ（Ｈ）＞Ｒｉｎｃ（Ｍ）＞Ｒｉｎｃ（Ｌ）であり、周波数減少率についても同様である。尚、図２では各駆動条件の測定時間ｔをｔ、ｔ'、ｔ''として表している。

モータの回転周波数変化率、定常運転周波数は装置起動時は設定スイッチより入力された定常運転周波数（Ｒｓｔ）と周波数領域の基準値たる周波数領域の上限値との比較演算により決定され、２回目以降の起動時は前回動作時の定常運転周波数に所定の演算を行った値と周波数領域の上限値との比較演算により決定される。

制御部１１による駆動モータ１９の制御作用について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

図３に示す制御処理は演算部１２がＲＡＭ１４内のコンピュータプログラムを実行することにより行なわれる。

図３に示すように、ステップＳ１で定常運転周波数（Ｒｓｔ）が読み込まれる。Ｒｓｔは起動時は設定スイッチより入力された値である。Ｒｓｔが読み込まれたならばステップＳ２で低回転領域（Ｆ（Ｌ））の上限値より小さいかチェックされる。大きければ制御はステップＳ４へ進む。小さければステップＳ３で駆動モータの周波数上昇率をＲｉｎｃ（Ｌ）、周波数減少率をＲｄｅｃ（Ｌ）、目標時間をＴ（Ｌ）に設定する。

ステップＳ４では中間回転領域（Ｆ（Ｍ））の上限値より小さいかチェックされる。小さければステップＳ５で駆動モータの周波数上昇率をＲｉｎｃ（Ｍ）、周波数減少率をＲｄｅｃ（Ｍ）、目標時間をＴ（Ｍ）に設定する。大きければ制御はステップＳ６で駆動モータの周波数上昇率をＲｉｎｃ（Ｈ）、周波数減少率をＲｄｅｃ（Ｈ）、目標時間をＴ（Ｈ）に設定する。

図６で送り装置３が動作を開始すると、コイル材のループが減り、コイル材が上側のループセンサ４に接触し、これによって起動信号が出力される。ステップＳ７で起動信号の検出を行い、ステップＳ８で起動信号が入力されたかチェックし、起動信号を検出したときに駆動モータ１９が起動すると同時にステップＳ９でタイマーが計測を開始する。

駆動モータ１９はステップＳ１０で一定の回転数上昇率（例えばＲｉｎｃ（Ｌ））で運転を続ける。この間ステップＳ１１で運転周波数を検出し、ステップＳ１２でその運転周波数が定常運転周波数Ｒｓｔと一致するかチェックする。一致したときはステップＳ１３でその周波数を維持して運転を継続するとともに、その運転周波数をステップＳ１４でＲＡＭ１４に定常運転周波数Ｒｓｔとして記憶する。

送り装置３の起動後、駆動モータ１９の回転によって繰り出されたコイル材が下側のループセンサ４に接触すると停止信号が出力される。ステップＳ１５で停止信号の検出を行い、ステップＳ１６で停止信号が入力されたかチェックし、停止信号を検出したときにステップＳ１７でタイマーが計測を終了し測定時間ｔを算出する。これと同時に駆動モータ１９はステップ１８で一定の回転数減少率（例えばＲｄｅｃ（Ｌ））運転に移行する。

ステップＳ１９で運転周波数を検出し、ステップＳ２０でその運転周波数がゼロと一致するかチェックする。一致したときはステップＳ２１で駆動モータ１９の運転を停止する。

ステップＳ２２で当該運転時の目標時間Ｔより測定時間ｔが小さいかチェックされる。小さくなければ制御はステップＳ２４へ進む。小さければステップＳ２３でＲＡＭ１４に記憶された定常運転周波数Ｒｓｔから調整幅Δｆを引いた値を新たなＲｓｔとして算出しＲＡＭ１４に記憶させる。

ステップＳ２４では目標時間Ｔと測定時間ｔが等しいかチェックされる。等しければステップＳ２５でＲＡＭ１４に記憶された定常運転周波数Ｒｓｔをそのまま維持する。等しくなければステップＳ２６でＲＡＭ１４に記憶された定常運転周波数Ｒｓｔに調整幅Δｆを加えた値を新たなＲｓｔとして算出しＲＡＭ１４に記憶させる。ここでＲＡＭ１４に記憶されたＲｓｔに基づいて次回の駆動モータ１９の起動時に駆動モータ１９の回転数上昇率Ｒｉｎｃ、目標時間Ｔ等が決定される。

図６に示したようなプレス加工ラインにおけるアンコイラの動作中における駆動モータ１９の回転数推移の概念を図４に示す。保持部５ａの外径は８００ｍｍ程度であり、内径は２００ｍｍ程度、コイル材の幅は１００ｍｍ程度である。起動時は保持部５ａへのコイル材の巻径が大きいので定常運転周波数（Ｒｓｔ）は低回転領域（Ｆ（Ｌ））の値（１５Ｈｚ）が入力され、駆動モータ１９は低回転領域（Ｆ（Ｌ））の周波数上昇率Ｒｉｎｃ（Ｌ）＝１０Ｈｚ／ｓｅｃ、目標時間Ｔ（Ｌ）＝４ｓｅｃ等の条件で運転される（図４（ａ））。

モータの回転上昇率は小さく、目標時間が長いので定常運転周波数も低い。コイル材は穏やかに加速されて回転数も低いのでコイル材の巻径が大きくても巻き乱れ等が生じることはない。

目標時間Ｔ（Ｌ）より測定時間ｔが長い場合には駆動モータ１９が次に起動する際に今回の定常運転周波数（Ｒｓｔ）に調整幅Δｆ＝３Ｈｚを加えた周波数をＲｓｔとして運転される。調整幅Δｆは最高周波数６０Ｈｚの１／２０としている。この動作を繰返すうちに目標時間Ｔ（Ｌ）と測定時間ｔがつりあった状態で運転されるようになる。

保持部５ａのコイル材の巻径が小さくなるにつれて駆動モータ１９が一定回転数で繰りだせるコイル材の量が少なくなり、目標時間Ｔ（Ｌ）より測定時間ｔが長くなる。それに伴いＲｓｔは一定の調整幅Δｆで上昇して行き、ある時点でＲｓｔが低回転領域の上限値（２０Ｈｚ）を越え中間回転領域（Ｆ（Ｍ））に入る。これ以降は中間回転領域（Ｆ（Ｍ））の周波数上昇率Ｒｉｎｃ（Ｍ）＝３０Ｈｚ／ｓｅｃ、目標時間Ｔ（Ｍ）＝３ｓｅｃ等で運転される（図４（ｂ）（ｃ））。

コイル材の巻径が更に小さくなると中間回転領域（Ｆ（Ｍ））の上限値（３５Ｈｚ）を越え高回転領域（Ｆ（Ｈ））の周波数上昇率Ｒｉｎｃ（Ｈ）＝１００Ｈｚ／ｓｅｃ、目標時間Ｔ（Ｈ）＝２ｓｅｃ等の条件で運転される。コイル材の巻径が小さいので急激に加速されても巻き乱れ等が生じることはない。また目標時間Ｔ（Ｈ）は短いので巻径が急激に変化しても材料繰り出し能力が不十分となり、コイル材が突っ張ってしまうこともない（図４（ｄ））。

本発明に係るマンドレルの制御装置を使用する場合において、プレス機等へのコイル材の供給速度が急に速くなった場合の制御について説明する。
高速プレス等ではプレスの調整時には比較的遅い速度でプレスを行い、調整が完了した時点で正規の運転速度に急激に速度が上昇する。コイル材の供給速度もこの変化に追随して上げる制御が必要となる。

図６に示したようなプレス加工ラインにおけるアンコイラを例にとる。図５に駆動モータ１９の回転数の推移の概念を示すが、駆動モータ１９が低回転領域（Ｆ（Ｌ））で起動している最中にプレス機の速度が速くなった場合を想定する。この速度上昇によりコイル材がプレス機にどんどん供給されるためコイル材のループは大きくならず下側のループセンサ４に接触せず停止信号が出力されない。

駆動モータ１９は定常運転状態で目標時間Ｔ（Ｌ）経過後に予め定めた保持時間ΔＴ＝１ｓｅｃの間定常運転を維持し、保持時間Δｔ経過後運転周波数を調整幅Δｆだけ増加させる。そしてこの制御を停止信号を検知するまで繰返す。この過程で駆動モータ１９の運転周波数が中間回転領域（Ｆ（Ｍ））、高回転領域（Ｆ（Ｈ））に該当するときは各領域の回転数上昇率に従って調整幅Δｆの回転数増加を繰返す。尚、保持時間ΔＴは設定スイッチ１５により入力され、ＲＡＭ１４に格納されている。

運転中に停止信号を検知したときはその時点の運転周波数領域の運転条件に従って駆動モータ１９の回転数を減少させると共に次回の運転を行なう。
この制御により信号を検知するまで低速運転領域の条件で駆動した場合より多量のコイル材を送りだせると共にコイル材の駆動速度の急激な上昇を避けることができる。

上記実施形態ではコイル材を繰り出す場合について説明しているが、マンドレルをコイル材の巻き取りに用いる場合も同様の制御が適用できる。巻き取りの場合はループセンサの下限で起動信号を検出し、ループセンサの上限で停止信号を検出する。コイル材の巻き径は起動時は小さくて徐徐に大きくなる。これに伴い運転周波数は最初高く徐徐に低くなり、周波数領域も高回転領域から中間回転領域・低下移転領域に移っていく。

また上記実施形態では駆動モータ１９の運転周波数領域を３領域としているが、運転周波数領域の分割はこれに限るものではなくより多くの周波数領域・運転条件を定義してもよい。実施例に示す具体的な値は例示でありこれに限るものではない。また上記実施形態では駆動モータ１９の回転数の変化率を制御することとしたが、変化率の代わりに所定時間経過後の回転数を規定するようにしてもよい。

また上記実施形態では運転周波数領域毎に異なる定常運転周波数を設定する制御と異なる目標時間を設定する制御を組み合せた制御について記載したが、これらはそれぞれ単独でも効果を相するので単独で用いてもよい。この場合例えば図１のスイッチ１８に運転条件の選択機能をもたせて選択することもできる。

本発明に係る制御装置のブロック図である。 周波数領域毎のマンドレルの駆動モータの回転数の変化を示す図である。 本発明に係る制御処理の流れの説明図である。 本発明に係る制御のマンドレルの駆動モータ回転数変化の概念図である。 コイル材の送り速度が変化した場合のマンドレルの駆動モータの回転数の変化を示す概念図である。 従来のプレスラインの一例を示す図である。 従来の制御装置のブロック図である。

符号の説明

１ 加工機としてのプレス機
３ 送り手段としての送り装置
５ マンドレル
５ｂ 制御装置
６ コイル材
１０ 本発明に係る制御装置
１１ 時間測定部及び時間設定部をかねる制御部
１７ 検出部
１９ 駆動モータ

Claims (4)

1. 駆動モータの回動駆動により、加工機に送り手段を介して供給されるコイル材を供給量に応じて繰り出し、加工機から排出されるコイル材を巻取るマンドレルの制御装置であって、コイル材のループの上限位置及び下限位置を検出する検出部と、コイル材がループの上限位置から下限位置に到達する時間を測定する時間測定部と、コイル材がループの上限位置から下限位置に到達する目標時間を設定する時間設定部と、コイル材がループの上限位置又は下限位置に到達したときにマンドレルの駆動モータの運転・停止を切り換えるとともに、前記時間設定部で設定された目標時間と時間測定部の測定時間を比較して駆動モータの回転数を所定回転数だけ増減する制御部を有するマンドレルの制御装置において、
   当該制御装置は更に、
   前記駆動モータの運転周波数範囲を複数の周波数領域として設定する周波数領域設定部と、
   前記駆動モータの定常運転周波数を設定する周波数設定部とを有し、
   各周波数領域毎に前記目標時間の設定を可能としたことを特徴とするマンドレルの制御装置。
2. 前記駆動モータはインバータ制御され、前記目標時間と前記測定時間を比較して定常運転周波数を増減することを特徴とする請求項１記載のマンドレルの制御装置。
3. 前記制御装置は前記周波数設定領域に対応した運転周波数の変化率を設定する変化率設定部と、
   前記駆動モータの定常運転周波数を記憶する記憶手段と、
   当該記憶手段に記憶された定常運転周波数と前記周波数領域の基準値を比較する演算手段とを有し、
   当該比較結果にもとづいて次回運転時の運転周波数の変化率及び目標時間を選択することを特徴とする請求項１又は２記載のマンドレルの制御装置。
4. 前記目標時間経過後所定時間内に停止信号が入力されない場合、停止信号が入力されるまで所定時間経過毎に予め定めた回転数だけ前記駆動モータの回転数を上昇させることを特徴とする請求項１乃至３記載のマンドレルの制御装置。

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