JP2007302353A - 巻き取り制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法を提供する。
【解決手段】アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法に関する。

電線、ケーブル、ワイヤ、テープ、光ファイバなどのウェブ材は、巻取ボビンに巻き取って蓄積する。その巻き取りの工程では、巻取ボビンの回転速度を制御することによって、巻き取り中のウェブ材の張り具合を均一にし、巻かれたウェブ材に引きつりや弛みがないようにするのが望ましい。

巻取ボビンの回転速度の制御のみで、ウェブ材の張り具合を均一にするのは難しいので、ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にアキュームレータを介在させるのが一般的である。アキュームレータは、ウェブ材を巻き掛けて変位することによりウェブ材の余長を吸収することでウェブ材の張り具合を均一にするものである。

図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるように、アキュームレータは、以下の部材を保持する基材である縦ベース８１と、この縦ベース８１の一端に固定され軸回りにフリー回転可能な固定プーリ８２と、この縦ベース８１の一端から他端に向けて延びたＬＭガイド８３と、ＬＭガイド８３に沿って往復移動可能なスライド台８４と、このスライド台８４に保持された軸回りにフリー回転可能な可動プーリ８５と、スライド台８５をＬＭガイド８３に沿って往復移動させるチェーン８６と、チェーン８６の駆動源であるモータ８７と、モータ８７の回転をチェーン８６に伝えるクラッチ等の伝達機構８８とを備える。

固定プーリ８２は、同軸に複数のプーリを重ねて構成される。可動プーリ８５も同様に同軸に複数のプーリを重ねて構成される。固定プーリ８２のウェブ材入口側には入口ガイドプーリ８９が設けられ、固定プーリ８２のウェブ材出口側には出口ガイドプーリ９０が設けられ、入口ガイドプーリ８９からのウェブ材９１が固定プーリ８２の１段目のプーリに掛け回されてから可動プーリ８５の１段目のプーリに掛け回され、そのウェブ材９１が順次固定プーリ８２の次段目のプーリに掛け回されてから可動プーリ８５の次段目のプーリに掛け回され、固定プーリ８２の最終段目のプーリからのウェブ材９１が出口ガイドプーリ９０に向かうようになっている。

チェーン８６は、モータ８７に伝達機構８８を介して接続されるチェーン駆動プーリ９２と縦ベース８１の他端に取り付けられたチェーンガイドプーリ９３とに掛けられている。そのチェーン８６にスライド台８４が連結されているので、モータ８７の回転によって、スライド台８４をＬＭガイド８３に沿って往復移動させることができる。

スライド台８５を移動させると、可動プーリ８５の位置が変化し、固定プーリ可動プーリ間距離が変化するので、固定プーリ８２及び可動プーリ８５の各段のプーリ間に存在するウェブ材９１の長さ、つまりアキュームレータが蓄えるウェブ材９１の量が変化する。蓄線（余長を吸収して張力を弱める）したいときには、可動プーリ８５が固定プーリ８２から遠のくように、放線（余長を減らして張力を強める）したいときには、可動プーリ８５が固定プーリ８２に近付くようにスライド台８５を移動させる。

アキュームレータの制御回路は、モータ８７や伝達機構８８を制御することにより、スライド台８５の移動方向、移動量、移動速度を調節し、ウェブ材９１の余長を吸収することでウェブ材９１の張り具合を均一にする。

アキュームレータには、巻取ボビンが停止から定格回転数に立ち上がる期間や定格回転数から停止まで立ち下がる期間において生じるウェブ材の余長を全て吸収できるだけの容量が要求される。

アキュームレータを有する巻き取り装置における従来の巻き取り制御方法を実現する回路を図３に示す。この巻き取り制御回路３１は、アキュームレータの現在位置を検出する位置検出センサ２と、ウェブ材の走行速度を検出する走行速度センサ（図示せず）と、アキュームレータの目標位置を設定する目標位置設定器３と、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差を算出する偏差演算器４と、その偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定する比例制御器５と、この目標巻取速度から巻取ボビンの目標回転速度を決定して巻取ボビンのモータを駆動する駆動コントローラ３２とからなる。

位置検出センサ２はポテンショメータで構成されており、アキュームレータがある方向へ変位するとその変位の大きさに比例して電圧が高くなり、アキュームレータが反対方向へ変位すると電圧が低くなるという現在位置信号＃１を出力する。目標位置設定器３はつまみを回すことにより、アキュームレータの目標位置を電圧で表して設定するものである。位置検出センサ２が出力したアキュームレータの現在位置信号＃１と目標位置設定器３が出力した目標位置設定信号＃１ａとが偏差演算器４に入力され、減算により偏差が算出される。

走行速度センサ（図示せず）からはウェブ材の走行速度（引取速度ともいう）が速いときには電圧が高く走行速度が低いときには電圧が低い走行速度信号＃３が得られる。偏差演算器が出力した偏差信号＃４と走行速度センサが出力した走行速度信号＃３とが比例制御器５に入力される。

比例制御器５では、偏差及び走行速度の両信号にそれぞれある適切な係数を掛け合わせてからこれらの信号を加算して、その和を巻取ボビンの目標巻取速度信号＃５として駆動コントローラ３２に出力する。ここで、偏差が大きいと言うことはアキュームレータが目標位置から大きくずれた位置まで変位しているということであるから、偏差が小さくなる方向にアキュームレータを変位させる必要がある。このとき、アキュームレータが目標位置よりも大き過ぎる位置に変位しているならば、余長が長めになっているということであるから、巻取速度を上げれば変位が小さくなって偏差が解消されるから、目標巻取速度は現在巻取速度よりも高くすればよい。逆に、アキュームレータが目標位置よりも小さ過ぎる位置に変位しているならば、余長が短めになっているということであるから、巻取速度を下げれば変位が大きくなって偏差が解消されるから、目標巻取速度は現在巻取速度よりも低くすればよい。比例制御器５は、両信号に適切な係数を掛けて加算するという簡単な演算を施すことで、結果的に偏差が小さくなる目標巻取速度が得られるようにするものである。

駆動コントローラ３２は、目標巻取速度信号＃５に基づいてモータに加速又は減速を指令する目標回転速度信号＃８を生成する加減速コントローラ３３と、その目標回転速度信号＃８によって電源からモータへの電力を調節してモータを駆動するモータ駆動部１０とからなる。加減速コントローラ３３は、巻取ボビンが停止している運転開始から巻取ボビンが定格回転数に達するまでの加速期間と定格回転数の巻取ボビンが停止する運転終了までの減速期間とをそれぞれ図示しないパラメータテーブルに任意に設定できるようになっている。ただし、このパラメータテーブルは巻取ボビンが回転している運転中には変更できないようになっている。

モータ駆動部１０は、目標回転速度信号＃８に従って３相ＡＣ２００Ｖ電源を巻取ボビンの３相インダクションモータ１１に印加するものである。その３相インダクションモータ１１には回転速度を検出するためのパルスジェネレータ１２が設けられている。モータ駆動部１０には、インバータが用いられる。

特開平７−１７２６９８号公報

図３に回路を示した従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことを認識していない。また、走行速度に応じた適切な巻取ボビンの加減速時間を求めることができない。これらのため、次のような問題が生じる。

図４に示されるように、巻取ボビンの回転速度は、運転開始から運転終了までの間に、加速、ウェブ走行速度一定速、減速という変化をする。Δｔ１が加速期間、Δｔ２がウェブ走行速度一定速期間、Δｔ３が減速期間である。ウェブ走行速度一定速期間において回転速度のグラフが右下がりになるのは、巻取ボビンが巻き太りするからである。つまり、ウェブ材を巻き取ることによって巻取ボビンの径が徐々に太くなるので、回転速度を徐々に下げることによって走行速度が一定に保たれる。

しかし、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定である。つまり、加速期間における回転速度のグラフの傾きは常に一定であり、減速期間における回転速度のグラフの傾きは常に一定である。このとき、ウェブ材の走行速度（もちろんウェブ走行速度一定速期間における走行速度のことである；以下、このような注釈は略す）を一定に制御した場合、巻取ボビンの巻き太り径が太いときほど、回転速度の増分が走行速度の増分に大きく寄与するので、減速期間Δｔ３は短くなる。

図５に示されるように、巻取ボビンに巻き太りという現象が生じ得ないないものと仮定したグラフを示す。このように、運転開始から運転終了までの間、巻取ボビンの径がまったく変化しないのであれば、巻取ボビンの回転速度は、ウェブ材の走行速度と同様に加速、一定速、減速という変化をする。このグラフにおける減速期間Δｔ４を理想的減速期間Δｔ４と呼ぶことにする。

図６には、図４と図５を重ね合わせた。実線のグラフは図５と同じく巻き太りという現象が生じ得ないないものと仮定した場合を示し、このグラフに表れている回転速度が０からＶｗまでの加速期間Δｔ１、回転速度がＶｗから０までの理想的減速期間Δｔ４におけるグラフの傾きを理想的回転加減速の傾きと呼ぶことにする。

破線のグラフは巻き太りという現象がある場合を示す。従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定であるから、巻き太りによって回転速度がＶｒまで落ちていると、減速の際に回転速度がＶｒから０になるまでの減速期間Δｔ３は理想的減速期間Δｔ４より短い。ウェブ走行速度一定速期間Δｔ２が長くなると、巻き太りによって径が太くなる。径が太くなれば太くなるほど減速期間Δｔ３が短くなることになる。

図７には、巻き太りによって巻取ボビンが最大径（巻取ボビンの巻き取り能力上、最も太くウェブ材を巻き取った状態における径）となったと仮定したグラフを実線で示す。つまり、回転速度がＶｒになった時点が最大径の時点である。巻取ボビンが最大径であるときに、走行速度を所望の理想的な減速度で減速するには、回転速度はこれまで説明した回転減速度よりも緩い傾斜の回転減速度とするのが好ましい。なぜなら、回転速度がゆっくり減じても走行速度は速く減じるからである。

さて、このような巻取ボビンが最大径のときの理想的な回転減速度の傾きを、従来の巻き取り制御における回転減速度の傾きとして採用したと仮定する。巻取ボビンに巻き太りという現象が生じ得ないものと仮定した図７の破線のグラフに対して、この理想的な回転減速度の傾きを適用すると、減速の際に回転速度がＶｗから０になるまでの減速期間Δｔ６は実線グラフの減速期間Δｔ４よりΔｔ７だけ長い。

このときのアキュームレータの動作を考察する。ウェブ材の走行速度は一定であるから巻き太りがあるとした場合に、減速期間Δｔ４中にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長Ｌｒは、（Ｖｒ・Δｔ４）／２である。一方、巻き太りがないとした場合に、減速期間Δｔ６中にアキュームレータよって蓄積されるウェブ材の余長Ｌｗは、（Ｖｗ・Δｔ６）／２である。Ｖｗ＞ＶｒかつΔｔ６＞Δｔ４であるから、Ｌｗ＞Ｌｒとなる。

このように巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を常に一定にした制御方法では、ウェブ材の走行速度が一定に維持されるという条件の下で、減速期間が長いほどアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長が長くなる。アキュームレータは変位を大きすることによって蓄積する余長を長くするのであるから、余長をより長くするためにはアキュームレータが変位できるスペースを大きく確保する必要がある。

つまり、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことを認識せず、かつ巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を常に一定にしているために、アキュームレータを大容量にする必要がある。

また、従来の巻き取り制御方法では、走行速度に応じた適切な巻取ボビンの加減速時間を求めることができないため、アキュームレータと巻取ボビンとの間でウェブ材にかかっている張力を理想的な張力に維持することができない。なぜなら、図６で説明したように、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定であるから、巻き太りによって回転速度がＶｒまで落ちていると、減速の際に回転速度がＶｒから０になるまでの減速期間Δｔ３は理想的減速期間Δｔ４より短い。このため、アキュームレータと巻取ボビンとの間におけるウェブ材の張力は、巻き太りがあるとした場合における減速期間と巻き太りがないとした場合における減速期間とで異なる。一般的には、巻取ボビンの回転速度が速くなるにつれて、ウェブ材の張力が大きくなる。

なお、巻き太りがあるとした場合では、減速期間の開始時点で既に巻き太りによる減速が生じ、さらに、巻太り分だけ早く減速するので、理想的減速時間Δｔ４より減速期間は短い。理想的減速時間Δｔ４より減速期間は短いと、巻取ボビンが停止した後も、残りの理想的減速時間においてウェブ材が送り出されるため、ウェブ材の張力が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にウェブ材を巻き掛けて変位するアキュームレータを介在させることによりウェブ材の余長を吸収する巻き取り制御方法において、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定するものである。

巻き太り径は、ウェブ材の走行速度を目標巻取速度と円周率で除して得てもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）アキュームレータの小容量化に寄与する。

（２）ウェブ材の張力安定化に寄与する。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明の巻き取り制御方法を実現する巻き取り制御回路１は、アキュームレータの現在位置を検出する位置検出センサ２と、ウェブ材の走行速度を検出する走行速度センサ（図示せず）と、アキュームレータの目標位置を設定する目標位置設定器３と、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差を算出する偏差演算器４と、その偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定する比例制御器５と、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出する巻き太り径算出回路６と、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定して巻取ボビンのモータを駆動する駆動コントローラ７とからなる。

位置検出センサ２、走行速度センサ、目標位置設定器３、偏差演算器４、比例制御器５、モータ駆動部１０、３相インダクションモータ１１、パルスジェネレータ１２は、図３に示した従来の回路に用いたのと同じである。本発明は、従来の回路に対し、巻き太り径算出回路６を加え、駆動コントローラ７の加減速コントローラ９がその巻き太り径を取り込んで目標回転速度の決定に用いるようにしたものである。巻き太り径は、比例制御器５が求めた目標巻取速度とウェブ材の走行速度とから算出することができる。

偏差演算器４と比例制御器５との間に積分器８を設けてもよい。

さて、本発明の巻き取り制御回路１の動作を説明すると、まず従来と同様に、偏差演算器４が出力した偏差信号＃４と走行速度センサが出力した走行速度信号＃３とが比例制御器５に入力され、比例制御器５では、偏差及び走行速度の両信号にそれぞれある適切な係数を掛け合わせてからこれらの信号を加算して、その和を巻取ボビンの目標巻取速度信号＃５として駆動コントローラ７に出力する。そして、本発明では、モータ駆動部１０から巻き太り径算出回路６に現在巻取ボビン回転数モニタ信号＃９が出力される。

太り径算出回路６には、その現在巻取ボビン回転数モニタ信号＃９と走行速度センサからの走行速度信号＃３とが入力される。太り径算出回路６は、現在巻取ボビン回転数と走行速度とから太り径を算出する。巻き太り径Ｂｄ（ｍ）は、ウェブ材の走行速度Ｃｖ（ｍ／ｍｉｎ）を現在巻取ボビン回転数Ｂｖ（ｒｐｍ）と円周率πで除して得る。すなわち、 Ｂｄ＝Ｃｖ÷（Ｂｖ×π）
である。

太り径算出回路６から駆動コントローラ７の加減速コントローラ９に対して巻き太り径信号＃６が出力される。

加減速コントローラ９は、この巻き太り径信号＃６と目標巻取速度信号＃５とから巻取ボビンの目標回転速度を決定し、その目標回転速度を表す信号として目標回転速度信号＃７をモータ駆動部１０へ出力する。

図２に示されるように、巻取ボビンの回転速度がＶｗから０になるまでの減速期間Δｔ４と回転速度がＶｒから０になるまでの減速期間Δｔ４とが同じとなる。

このときのアキュームレータの動作を考察する。ウェブ材の走行速度は一定であるから巻き太りがあるとした場合に、減速期間Δｔ４中にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長Ｌｒは、（Ｖｒ・π・ｒ）・Δｔ４である。一方、巻き太りがないとした場合に、減速期間Δｔ４中にアキュームレータよって蓄積されるウェブ材の余長Ｌｗは、（Ｖｗ・π・ｗ）・Δｔ４である。ここで、回転速度Ｖｒ，Ｖｗは巻き太りの巻取ボビンの１秒間あたりの回転数を表し、ｒ，ｗは、巻き太った巻取ボビンの径を表す。

よって、Ｌｗ＝Ｌｒとなる。これにより、ウェブ材の張力を保つことができる。

本発明では、巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定している。つまり、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことが認識される。また、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を変化させている。これによりウェブ材の走行速度に対応した巻取ボビンの回転加速及び回転減速制御が可能になる。その結果、減速期間にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長が短くなり、アキュームレータを小容量にすることができる。また、アキュームレータと巻取ボビンとの間でウェブ材にかかっている張力を理想的な張力に維持することができる。

本発明の一実施形態を示す巻き取り制御回路の回路構成図である。 本発明における巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 従来の巻き取り制御回路の回路構成図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 （ａ）はアキュームレータの正面図、（ｂ）はアキュームレータの側面図である。

符号の説明

１ 巻き取り制御回路
２ 位置検出センサ
３ 目標位置設定器
４ 偏差演算器
５ 比例制御器
６ 巻き太り径算出回路
７ 駆動コントローラ
８ 積分器
９ 加減速コントローラ
１０ モータ駆動部

Claims (2)

1. ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にウェブ材を巻き掛けて変位するアキュームレータを介在させることによりウェブ材の余長を吸収する巻き取り制御方法において、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定することを特徴とする巻き取り制御方法。
2. 巻き太り径は、ウェブ材の走行速度を目標巻取速度と円周率で除して得ることを特徴とする請求項１記載の巻き取り制御方法。
   

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