JP2007161392A - マンドレル及びマンドレルの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マンドレルからのコイル材の繰出し又は巻取りの際にコイル材がセンサに接触する回数を減らし駆動モータのON・OFF回数を減少させるよう制御する。
【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はコイル材のループの上限位置への接触・離間を検出するループセンサと組合わされる。コイル材のループが上限・下限センサに接触・離間した際のON・OFF信号の時間間隔を用いて演算を行い、マンドレルの駆動モータの回転数を補正し、マンドレルからのコイル材の繰出し量と送り装置の送り量をバランスさせる。
【選択図】図６

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１２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を間歇的に供給する。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起動後のモータの回転数を段階的に切り替えることをいう。

図１３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・寸動運転の中から選択する。

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の回転数を所定の定常運転周波数Ｒｓｔまで一定割合Ｒｉｎｃ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の回転数を一定割合Ｒｄｅｃ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の最高回転周波数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。

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コイル材をループセンサ４の上限、下限に比較的短い周期で接触させて制御を行なっていた。通常の動作でコイル材がループセンサ４に１時間当り１２００回程度接触することも珍しくなく、コイル材へのダメージの可能性を考えると望ましいものではなかった。

またコイル材がループセンサ４の上限、下限に接触する度に駆動モータは起動・停止する。そのたびにコイル材に加速・減速の加速度がはたらくためコイル材がゆるんで巻き乱れる事態（バラケ）が生じたり、コイル材に傷が付くことがあった。

駆動モータの起動・停止回数が多いことは駆動モータ及びマンドレルの本体シャフトに負荷をかけ、起動電流の発生回数が多いことで消費電流（電力）が増加する問題もあった。また従来技術に示したような簡易な装置でこの問題の解決を望むニーズがあった。

本発明は従来技術と同様な簡易な装置構成を用いてコイル材のループセンサへの接触回数及び駆動モータの起動・停止回数を減らす制御を行なうことを目的としている。これによりコイル材のキズ、バラケ等の問題を回避するマンドレル及び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、又は加工機から排出されるコイル材を巻取るマンドレルであって、前記コイル材のループの移動による上限センサのON、OFFを検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、前記コイル材のループの移動による下側センサへON、OFFを検出しそれぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有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、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、前記コイル材のループの移動による上側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、前記コイル材のループの移動による下側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有することを特徴ととしている。

本発明に係るマンドレルの制御方法は、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、前記コイル材のループの上側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、前記コイル材のループの下側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有するマンドレルの制御装置において、
前記制御部が前記駆動モータの初期の定常回転数を決定するステップと、前記下側センサのOFF信号から前記上側センサのON信号までの時間（α１）を計測するステップと、前記上側センサのOFF信号から前記下側センサのON信号までの時間（β１）を計測するステップと、前記α１と前記β１を用いて前記駆動モータ回転数を前記加工機の送り速度に近似した回転数に補正演算する１次補正ステップと、前記駆動モータの定常回転数を１次補正後の回転数に変更するステップからなる制御を行なうことを特徴としている。

本発明に係るマンドレルの制御方法は、前記制御部が前記駆動モータの初期の定常回転数を決定するステップとして、前記上側センサのON信号で前記駆動モータの回転を開始し、一定の回転数上昇率で運転するステップと、前記上側センサのOFF信号で前記駆動モータの回転数を一定にし、その回転数を初期の定常回転数とするステップからなる制御を行なうことを特徴としている。

本発明に係るマンドレルの制御方法は、前記制御部が前記１次補正ステップの後に前記下側センサのOFF信号から前記α１の1／2の時間を計測するステップと、前記時間経過後に前記駆動モータを起動し前記１次補正後の回転数で駆動するステップと、前記時間経過後から前記上側センサのON信号までの時間（β2）を計測するステップと、前記α１及び前記β2を用いて前記駆動モータの回転数をコイル材の巻き径の変化を考慮した回転数に補正演算する２次補正ステップと、前記駆動モータの定常回転数を前記２次補正後の回転数に変更するステップからなる制御を行なうことを特徴としている。

本発明によれば従来技術と同様な簡易な装置構成を用いて加工装置の送り速度に近い速度でマンドレルからの材料の繰出し・巻取りが可能となる。これによりコイル材がループセンサに接触することによるキズの可能性を低減すると共に駆動モータの起動・停止回数を減らしてコイル材のキズ、バラケ等の問題を防止する効果がある。

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を参照して説明する。なお、マンドレルとしては、図１２に示したようなプレス加工ラインにおいてプレス機２及び送り装置３にコイル材６を供給するアンコイラを例にとる。本実施例において、マンドレル及びループセンサ４以外の構成部分は図１２を参照して説明した従来例と同一である。

ループセンサ４はコイル材６が上限センサに接触した際に起動信号のONを出力するのに加え、コイル材が上限センサから離間した際に起動信号のOFFを出力する。またコイル材６が下限センサに接触した際に停止信号のONを出力するのに加え、コイル材６が下限センサから離間した際に停止信号のOFFを出力する。

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１３に示す従来技術と比較し、ＲＡＭ１４、演算部１２の構成が異なる。

なお駆動モータ１９は図１に示すようにインバータ制御され駆動モータ１９の回転数はインバータの運転周波数に対応して変化する。以下の説明では駆動モータ１９の「回転数」と「運転周波数」を同義として文脈に応じて用いる。

ＲＡＭ１４には図１分図（ｂ）に示すようにマンドレルの駆動モータの周波数変化率Rｉｎｃ、Rｄｅｃと駆動モータの定常運転周波数Ｒｓｔと補正量ΔＲｓｔが格納される。また停止信号のOFFから起動信号のONまでの時間間隔α１、及び起動信号のOFFから停止信号のONまでの時間間隔β１、所定の時点から起動信号のONまでの時間間隔β２が格納される。これら時間間隔の内容は後述する。

本発明はコイル材の上限・下限センサへの接触頻度を従来技術と比較して大幅に少なくするために、加工装置の送り速度に近い速度でマンドレルからの材料の繰出し・巻取りを行なう。マンドレルを用いた加工ラインでコイル材が上限・下限センサに接触・離間した際のON・OFF信号の時間間隔を用いて演算を行い、マンドレルの駆動モータの回転数を補正することを特徴とする。

図２に本発明のマンドレル５の駆動モータ１９の制御の全体的な流れを示す。まずマンドレル５が起動し、駆動モータ１９の回転数が上昇して行き、所定の条件を満たした回転数を定常運転周波数Ｒｓｔと決める。
次にマンドレルからの材料の繰出し速度を、加工装置の送り速度に近づけるように前記定常運転周波数Ｒｓｔを停止信号のOFFから起動信号のONまでの時間間隔α１及び起動信号のOFFから停止信号のONまでの時間間隔β１を用いて補正する（以下「１次補正制御」とする。）。
次にコイル材を繰出して巻き径が変化したことによるマンドレル５からのコイル材の繰出し速度の変化を、所定の時点から起動信号のONまでの時間間隔β２と前記α１により補正する（以下「２次補正制御」とする。）。以下に各制御の内容を示す。

まずマンドレル５起動直後の駆動モータ１９の定常運転周波数Ｒｓｔを決定する制御について説明する。図３にマンドレル起動直後の駆動モータ１９の周波数変化を起動信号及び停止信号のON・OFFと対応させて示す。コイル材６が上限センサ４に接触すると起動信号がONとなりマンドレル５の駆動モータ１９が回転を始めて一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転する。

駆動モータ１９の回転数が上昇するにつれマンドレル５からコイル材６を繰出す量が増加し、やがてコイル材は上限センサから離間する。これで起動信号がOFFとなりマンドレル５の駆動モータ１９はこの時点の運転周波数を定常運転周波数Rｓｔとして一定周波数で運転する。そして停止信号がONになると駆動モータ１９は一定の回転数減少率Rｄｅｃで運転し、やがて停止する。

ここでコイル材６の材質や送り条件によってはマンドレル５の駆動モータ１９が定常運転周波数Rｓｔで運転している際にコイル材６が上下方向に振動して上限センサに再度接触することがある。この場合は図３の破線で示すように再度の起動信号ONにより駆動モータの運転周波数をRｓｔから予め定めてRAM１４に記憶した周波数Δｆだけ増加したRｓｔ１とし、これを定常運転周波数とする。

制御部１１による駆動モータ１９の制御作用について、図１２及び図４に示すフローチャートに基づいて説明する。図４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１２でマンドレル５が停止した状態で送り装置３が動作を開始すると、コイル材６のループが減り、コイル材６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ONが出力される。図４のステップＳ１で起動信号ONの検出を行い、ステップＳ２でON信号が入力されたかチェックし、ON信号を検出したときにステップＳ３で駆動モータ１９が起動し一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転する。

コイル材６のループが増えてコイル材６が上側のループセンサ４から離間すると起動信号のOFFが出力される。この間ステップＳ４で起動信号OFFを検出し、ステップＳ５でOFF信号が入力されたかチェックし、OFF信号を検出したときにステップＳ６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Ｓ７で検出しＲＡＭ１４に定常運転周波数Ｒｓｔとして記憶する。

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Ｓ８で停止信号の検出を行い、ステップＳ９で停止信号が入力されたかチェックし、ステップ１０で一定の回転数減少率Ｒｄｅｃ運転に移行する。

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Ｓ１３で駆動モータ１９の運転を停止する。以上の制御により補正の基礎となる駆動モータ１９の定常運転周波数Ｒｓｔを決定する。

次にマンドレル５からの材料の繰出し速度を加工装置の送り速度に近づける定常運転周波数Ｒｓｔの補正制御（１次補正制御）について説明する。図５に駆動モータ１９の定常運転周波数Ｒｓｔ決定後の周波数変化を起動信号及び停止信号のON・OFFと対応させて示す。コイル材６が下限センサ４から離間して停止信号がOFFになると同時に時間間隔の計測を開始する。そしてコイル材６が上限センサ４に接触して起動信号がONになるまでの時間間隔α１をクロック１３が発生する信号に基づいて測定する。

起動信号ONにより駆動モータ１９が一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転し、周波数がRAM１４に記憶された定常運転周波数Ｒｓｔとなった時点で当該周波数を維持して運転する。コイル材６が上限センサ４から離間して起動信号がOFFになると同時に時間間隔の計測を開始する。そしてコイル材６が下限センサ４に接触して停止信号がONになるまでの時間間隔β１を測定する。

前記α１及びβ１により演算部１２及びRAM１４で補正演算を行なう。そして停止信号のONにより駆動モータは一定の回転数減少率Rｄｅｃで運転してやがて停止する。

ここで前記α１及びβ１を用いて演算部１２及びRAM１４で行なう補正演算の内容を説明する。図６に図１２記載の装置構成のうち本補正演算に関連する部分を示す。ここで図１２と共通する部分の符合は省略する。

図６においてマンドレル５からコイル材６が繰出される速度の水平方向成分をV1とし、送り装置３からコイル材６が送り出される速度の水平方向成分をV2とする。
コイル材６のループが大きくなりループセンサ４間を下降する際の垂直速度成分をV4とし、コイル材６のループが小さくなりループセンサ４間を上昇する際の垂直速度成分をV3とする。ループセンサ４の上限と下限の距離をLとする。

ここで前記V４は前記V１とV２の差によりコイル材６のループが大きくなることにより発生するので、
V１−V２＝ａ・V４（式１）の関係があるとする。ここでａは水平速度成分V１−V２により垂直速度成分V4が影響される度合いを規定する定数とする。

前記V３はマンドレル５が停止しV１＝０の場合と考えられるので。前記（式１）でV１＝０として、
V２＝ｂ・V３（式２）の関係があるとする。ここでｂは水平速度成分V２により垂直速度成分V３が影響される度合いを規定する定数とする。

前記α１は停止信号のOFFから起動信号のONまでの時間間隔でありコイル材６がループセンサ４の下限から上限まで移動するのに要する時間と考えられる。
そこでV３＝L／α１（式３）とする。

同様に前記β１は起動信号のOFFから停止信号のONまでの時間間隔でありコイル材６がループセンサ４の上限から下限まで移動するのに要する時間と考えられる。
そこでV４＝L／β１（式４）とする。

上記式２から式４を上記式１に代入して整理するとLは消去され、
V２＝V１・（１／（１+（ａ／ｂ）・（α１／β１）））（式５）となる。
ここでａ、ｂはそれぞれ水平速度により垂直方向が影響される度合いを規定する定数であるが、これはコイル材６のループ形状により決まり、その値はループ形状が上昇するときと下降するときで大きく変わらないと考えられる。そこで式５でａ／ｂ≒１とすると、
V２＝V１・（１／（１+（α１／β１）））（式６）となる。

ここでV1はマンドレル５からコイル材６が繰出される速度の水平方向成分であり、コイル材６の巻き径とマンドレル５の駆動モータ１９の回転数（定常運転周波数Rｓｔ）から求められる。従って式６により駆動モータ１９の定常運転周波数Rｓｔを前記α１及びβ１を用いて補正して、送り装置３からコイル材６が送りだされる速度の水平方向成分V2に相当する定常運転周波数Rｓｔ'に補正できる。

制御部１１による駆動モータ１９の制御作用について、図５及び図６、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図７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６でマンドレル５が停止した状態で送り装置３が動作を開始すると、コイル材６のループが減り、コイル材６が下側のループセンサ４から離間し、これによって停止信号OFFが出力される。図７のステップＳ１で停止信号OFFの検出を行い、ステップＳ２でOFF信号が入力されたかチェックし、OFF信号を検出したときにステップＳ３でクロック１３及び演算部１２により構成される時間測定部が計時を開始する。

コイル材のループがさらに減り、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ONが出力される。ステップＳ４で起動信号ONの検出を行い、ステップＳ５でON信号が入力されたかチェックし、ON信号を検出したときにステップＳ６で前記時間測定部が計時を終了し、測定結果であるα１をRAM１４に記憶する。

ステップＳ５でON信号を検出するとステップＳ７で駆動モータ１９が起動し一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転する。その運転周波数をステップＳ８で検出し、ステップＳ９で運転周波数が定常運転周波数Rｓｔと一致したらステップＳ１０でRｓｔでの周波数一定運転に移行する。

コイル材６のループが増えてコイル材６が上側のループセンサ４から離間すると起動信号のOFFが出力される。この間ステップＳ１１で起動信号OFFを検出し、ステップＳ１２でOFF信号が入力されたかチェックし、OFF信号を検出したときにステップＳ１３で前記時間測定部が計時を開始する。

コイル材６のループがさらに増えてコイル材６が下側のループセンサ４に接触すると停止信号のONが出力される。この間ステップＳ１４で停止信号ONを検出し、ステップＳ１５でON信号が入力されたかチェックし、ON信号を検出したときにステップＳ１６で前記時間測定部が計時を終了し、測定結果であるβ１をRAM１４に記憶する。ステップＳ１７で制御部１２及びRAM１４により前記α１及びβ１を用いてRｓｔの補正値（Rｓｔ'）が演算され、演算結果がRｓｔとしてRAM１４に記憶される。以下ステップＳ１８以降は図４のフローチャートと同様なので説明を省略する。

以上のようにマンドレルからの材料の繰出し速度を加工装置の送り速度に近づける補正を従来技術の装置構成をほとんど変更することなく前記定常運転周波数Ｒｓｔ及び前記α１、β１の測定結果を用いて演算・制御できる。

図１２のプレス加工ラインではプレス機１が金型２の上型を上下に動作させて加工するため送り装置３の動作も間歇的になる。図６におけるV2はこの動作を全体的に捉えて平均的な送り速度としたものである。上記１次補正制御では送り速度V2にマンドレル５からのコイル材６の繰出し速度V１を近づけるのでコイル材６はループセンサ４の上限・下限の中間付近を安定して移動することになる。
マンドレル５からのコイル材６の繰出し速度V１はコイル材の巻き径変化により徐々に変わってくるので、長時間の運転の後にはコイル材６がループセンサ４に接触することになる。しかしコイル材６がループセンサ４に接触する頻度は従来技術と比較してかなり低減できるのでコイル材の変形の可能性を低減できる。同時にマンドレル５の駆動モータ１９は継続して運転する時間が長くなるので加減速によるコイル材の巻き乱れ発生、加減速時のテンションによるコイル材の変形の可能性を低減できる。モータ及び本体シャフトのストレス低減と起動電流回数の減少による消費電流の軽減にもつながる。

次にコイル材６の巻き径変化によるマンドレル５からの材料の繰出し速度の変化についての補正制御を説明する。図８にマンドレル５の駆動モータ１９の運転周波数変化を起動信号及び停止信号のON・OFFと対応させて示す。

コイル材６が下限センサ４から離間すると停止信号がOFFとなり、この時点から前記α１の１／２の時間経過を計測する。当該時間経過後にマンドレル５の駆動モータ１９が回転を始めて一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転し、駆動モータ１９の運転周波数が定常運転周波数Rｓｔと一致した時点で当該運転周波数の定常運転に移行する。

前記α１の１／２の時間経過後に駆動モータの起動と同時に時間経過の計測を前記時間測定部で開始する。コイル材６が上限センサ４に接触すると起動信号がONとなりこの時点までの時間間隔β２を測定する。前記α１／２及びβ２により演算部１２及びRAM１４で補正演算を行なう。そして停止信号のONにより駆動モータ１９は一定の回転数減少率Rｄｅｃで運転し、やがて停止する。

ここでα１／２及びβ２により演算部１２及びRAM１４で行なう補正演算の内容を説明する。前記と同様に図９においてマンドレル５からコイル材６が繰出される速度の水平方向成分をV1とし、送り装置３からコイル材６が送り出される速度の水平方向成分をV2とする。
コイル材６のループがループセンサ４の下限からα1／2の時間上昇する際の垂直速度成分をV３とし、コイル材のループがβ２の時間上昇する際の垂直速度成分をV３'とする。ループセンサ４の上限と下限の距離をLとする。

前記V３'は前記V１とV２の差によりコイル材のループが小さくなることにより発生するので
V１−V２＝-ｂ・V３'（式７）の関係があるとする。ここでｂは水平速度成分V１−V２により垂直速度成分V３'が影響される度合いを規定する定数とする。

前記V３はマンドレル５が停止しV１＝０の場合と考えられるので。前記（式７）でV１＝０として、
V２＝ｂ・V３（式８）の関係があるとする。
前記α１は停止信号のOFFから起動信号のONまでの時間間隔でありコイル材６がループセンサ４の下限から上限まで移動するのに要する時間と考えられる。そこでα１／2はこの１／２の時間でありこの間にL／2の距離を移動するものと考え、
V３＝（L／2）／（α１／2）＝L／α１（式９）とする。

同様にV３'はβ２の間にL／2移動するものと考え、
V３'＝（L／2）／β２＝L／（２・β２）（式１０）とする。以上の式８から式１０を式７に代入して整理するとL、ｂは消去され、
V２＝V１・（１／（１+（α１／（２・β２））））（式１１）となる。

ここでV1はマンドレル５からコイル材６が繰出される速度の水平方向成分でありコイル材の巻き径とマンドレルの駆動モータ１９の回転数（定常運転周波数Rｓｔ'）から求められる。式１１により駆動モータ１９の定常運転周波数Rｓｔ'を前記α１／2及びβ2を用いて補正して、送り装置３からコイル材６が送りだされる速度の水平方向成分V2に相当する定常運転周波数Rｓｔ''に補正できる。

前記１次補正制御により得られる定常運転周波数Rｓｔ'と前記２次補正制御により得られる定常運転周波数Rｓｔ''の差はマンドレルが１回起動してコイル材の巻き径が変化したことにより生じる差と考えられる。そこでRｓｔ''−Rｓｔ'＝ΔRｓｔと定義する。

駆動モータ１９が次に起動する際には図８における制御と同様に停止信号のOFFからβ２の時間間隔を計測してコイル材がループセンサ４の上限・下限の中央に来るのを待つ。その時点でRｓｔ''にΔRｓｔを加えた周波数を定常運転周波数として運転を開始する。それ以降は時間間隔β２経過ごとに駆動モータ１９の運転周波数をΔRｓｔだけ増やす。この制御で駆動モータ１９を停止することなく段階的に回転周波数を増加させて送り装置３のコイル材６の送り速度とバランスしたマンドレル５の運転が行なえる。

制御部１１による駆動モータ１９の制御作用について、図８及び図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。図１０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１０でマンドレル５が停止した状態で送り装置３が動作を開始すると、コイル材６のループが減り、コイル材６が下側のループセンサ４から離間し、これによって停止信号OFFが出力される。図１０のステップＳ１で停止信号OFFの検出を行い、ステップＳ２でOFF信号が入力されたかチェックし、OFF信号を検出したときにステップＳ３で前記時間測定部が計時（ｔ１）を開始する。

ステップＳ４で前記（ｔ１）の信号検出を行い、ステップＳ５で前記（ｔ１）の値がα１の1／2と一致したかチェックし、一致したときにステップＳ６で前記時間測定部が計時（ｔ２）を開始する。それと同時にステップＳ７で駆動モータ１９が起動して一定の回転数上昇率Rｉｎｃで運転する。その運転周波数をステップＳ８で検出し、ステップＳ９で運転周波数が定常運転周波数Rｓｔと一致したらステップＳ１０でRｓｔでの周波数一定運転に移行する。

ステップＳ１１で起動信号ONを検出し、ステップＳ１２でON信号が入力されたかチェックし、ON信号を検出したときにステップＳ１３で前記時間測定部が計時（ｔ２）を終了し、測定した時間間隔β２をRAM１４に記憶する。ステップＳ１４で制御部１２及びRAM１４により前記α１及びβ２よりRｓｔの補正値（Rｓｔ''）が演算され、さらにΔRｓｔが演算されRAM１４に記憶される。以下ステップＳ１５以降は図４のフローチャートと同様なので説明を省略する。

その次にマンドレル５が起動する際には図１０のステップＳ１からステップＳ９までと同様の動作をしてRｓｔ''の定常運転を行なう。その後はステップＳ６から時間間隔β２経過ごとに定常運転周波数RｓｔをΔRｓｔ増加する運転を継続的に行なう。なお本２次補正制御を行なってもマンドレル５からのコイル材６の繰出しと送り装置３の送り量に差が生じることがある。そのような場合に備えて２次補正制御を繰り返し行なったり、コイル材６がループセンサ４に接触するごとに定常運転周波数RｓｔをΔRｓｔだけ増減するようにしてもよい。

以上のようにコイル材の巻き径変化によるマンドレル５からの材料の繰出し速度の変化についての補正を、従来技術の装置構成をほとんど変更することなく前記定常運転周波数Ｒｓｔ及び前記α１、β２の測定結果を用いて演算・制御できる。

これによりコイル材６がループセンサ４に接触する頻度は前記１次補正制御のみの場合と比較してさらに低減できるのでコイル材の変形の可能性を一層低減できる。同時にマンドレル５の駆動モータ１９は継続して運転する時間が長くなるので加減速によるコイル材の巻き乱れ発生、加減速時のテンションによるコイル材の変形の可能性を一層低減できる。モータ及び本体シャフトのストレス低減と起動電流回数の減少による消費電流の軽減にもつながる。駆動系を中心にアンコイラ本体部の小型、軽量化の効果も期待できる。

上述したマンドレルの制御を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の制御に適用した。図１２において保持部５ａの外径は８００ｍｍ、内径は２００ｍｍである。コイル材は材質がSPCCで板厚0.5ｍｍ、幅４０ｍｍのものを用いた。送り装置は送り長さ20mm、ストローク数：180spmの間歇送り装置を用いた。駆動モータ１９の周波数上昇率Ｒｉｎｃ＝５０Ｈｚ／ｓｅｃ等の条件を設定した。

図１１に上側のループセンサ４の一例を示し、分図（ａ）に正面図、分図（ｂ）に側面図を示す。ループセンサ４はベース２１に垂設されたスタンド部２２を有し、当該スタンド部２２には当該スタンド部２２に平行にガイドレール２３が固定される。当該ガイドレール２３には回転軸２４がその軸方向をスタンド部２２及びガイドレール２３の長軸方向に垂直として、ガイドレールに沿って摺動・固定自在に組み付けられる。前記回転軸２４は略L字型の上限検出バー２５のアーム部２６を回転自在に支持する。前記回転軸２４には上限検出バーの旋回によりON信号を出力する感圧スイッチ２７が固定される。

まず図３に示す制御動作について説明する。図３で送り装置３が動作を開始すると、コイル材６のループが減ってコイル材６が上限検出バー２５に接触する。上限検出バー２５がコイル材６との接触により回転軸２４を中心に旋回すると前記感圧スイッチ２６は起動信号のONを出力し、これを受けた制御装置１０により駆動モータ１９が起動する。

駆動モータ１９はＲｉｎｃで回転数が上昇するが当初の回転数は小さくコイル材６の繰り出し量はあまり多くない。その間コイル材６がプレス機に供給されるためコイル材６のループはより小さくなり、図１１の分図（ｂ）に示すように上限検出バー２５をより旋回させ、この間感圧スイッチ２６はON信号を出力し続ける。

駆動モータ１９の回転数が高くなるとコイル材６がプレス機に供給される量よりマンドレル５からのコイル材６の繰り出し量が多くなり上限検出バー２５は旋回量が小さくなる。そしてコイル材６が上限検出バー２５から離間して上限検出バー２５が初期の位置に戻り感圧スイッチ２６がON信号の出力を止めると、これを受けた制御装置１０により駆動モータ１９は運転周波数（Ｒｓｔ）で定常運転に移行する。

送り装置３の送り出し量より駆動モータ１９の回転によって繰り出されたコイル材６が多くなるとコイル材６のループは大きくなる。コイル材６がループセンサ４の下限検出バー２８に接触すると停止信号が出力され、これを受けた制御装置１０により駆動モータ１９の回転周波数が一定の割合Rｄｅｃで減少しやがて停止する。これ以降は同様に図５、図７、図８、図９に従って制御運転する。

この結果、従来技術ではコイル材６がループセンサ４に１時間に1200〜1029 回接触していたものが本発明では１時間に５回の接触となり接触回数を大幅に低減できた。

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へのコイル材のループの接触により起動信号ONを検出し、ループセンサの下限からのコイル材のループの離間により起動信号OFFを検出する。ループセンサの上限への接触で停止信号ONを検出し離間でOFFを検出する。

また上記実施形態ではループセンサとして一端が回転支持された検出バーと感圧スイッチを組み合せた例を示したが、ループセンサはこれに限るものではない。導電性のコイル材と検出バーと電源・検出部を用いてこれらが電気的閉回路を形成するように回路を構成し、導電性のコイル材と検出バーの通電により接触を判断する接触センサを用いたり、感圧センサをつるまきバネ等の弾性部材で支持したり、非接触型ラインセンサ等により構成することもできる。
要はコイル材ループの所定位置への到達、離間を検出できるものであれば良く、コイル材の繰り出しに用いる場合はこの間にコイル材が突っ張ってもコイル材に過剰な張力を与えないような逃げ機構があればよい。

上記実施形態では図２におけるRｓｔの決定、１次補正制御、２次補正制御を連続して行なう場合を示したが、本発明はこれに限られない。Rｓｔの決定は予め駆動条件の見通しが立っている場合には図１の設定スイッチ１５より入力してRｓｔの決定制御は行なわないようにしてもよい。そして１次補正制御のみ行なうようにしても従来技術と比較して顕著な効果を有する。

本発明に係る制御装置のブロック図である。 本発明に係る制御の概要の説明図である。 本発明に係る制御の起動直後の駆動モータの回転数の変化を示す図である。 本発明に係る起動直後の制御処理の流れの説明図である。 本発明に係る制御の１次補正制御時の駆動モータの回転数の変化を示す図である。 本発明のプレスラインを示す図である。 本発明に係る１次補正制御処理の流れの説明図である。 本発明に係る制御の２次補正制御時の駆動モータの回転数の変化を示す図である。 本発明のプレスラインを示す図である。 本発明に係る２次補正制御処理の流れの説明図である。 本発明に係るループセンサの一例である。 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 時間測定部をかねる制御部
１７ 検出部
１９ 駆動モータ
２１ ベース
２２ スタンド部
２３ ガイドレール
２４ 回転軸
２５ 上限検出バー
２６ アーム部
２７ 感圧スイッチ
２８ 下限検出バー

Claims (5)

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、又は加工機から排出されるコイル材を巻取るマンドレルであって、
   前記コイル材のループの移動による上限センサのON、OFFを検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、
   前記コイル材のループの移動による下側センサへON、OFFを検出しそれぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、
   前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、
   前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有することを特徴とするマンドレル。
2. 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、
   前記コイル材のループの移動による上側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、
   前記コイル材のループの移動による下側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、
   前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、
   前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有することを特徴とするマンドレルの制御装置。
3. 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、
   前記コイル材のループの上側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第１の検出部と、
   前記コイル材のループの下側センサへの接触及び当該センサからの離間を検出し、それぞれON信号、OFF信号を出力する第２の検出部と、
   前記ON、OFF信号の時間間隔を測定する時間測定部と、
   前記時間測定部による信号に従ってコイル材の繰り出し又は巻取り速度を加工機の送り速度に近づけるように前記駆動モータの回転数制御を行なう制御部を有するマンドレルの制御装置において、
   前記制御部が前記駆動モータの初期の定常回転数を決定するステップと、
   前記下側センサのOFF信号から前記上側センサのON信号までの時間（α１）を計測するステップと、
   前記上側センサのOFF信号から前記下側センサのON信号までの時間（β１）を計測するステップと、
   前記α１と前記β１を用いて前記駆動モータ回転数を前記加工機の送り速度に近似した回転数に補正演算する１次補正ステップと、
   前記駆動モータの定常回転数を１次補正後の回転数に変更するステップからなる制御を行なうことを特徴とするマンドレルの制御方法。
4. 前記制御部が前記駆動モータの初期の定常回転数を決定するステップとして、
   前記上側センサのON信号で前記駆動モータの回転を開始し、一定の回転数上昇率で運転するステップと、
   前記上側センサのOFF信号で前記駆動モータの回転数を一定にし、その回転数を初期の定常回転数とするステップからなる制御を行なうことを特徴とする請求項３記載のマンドレルの制御方法。
5. 前記制御部が前記１次補正ステップの後に前記下側センサのOFF信号から前記α１の1／2の時間を計測するステップと、
   前記時間経過後に前記駆動モータを起動し前記１次補正後の回転数で駆動するステップと、
   前記時間経過後から前記上側センサのON信号までの時間（β2）を計測するステップと、
   前記α１及び前記β2を用いて前記駆動モータの回転数をコイル材の巻き径の変化を考慮した回転数に補正演算する２次補正ステップと、
   前記駆動モータの定常回転数を前記２次補正後の回転数に変更するステップからなる制御を行なうことを特徴とする請求項３又は４記載のマンドレルの制御方法。

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