JP2009242043A - 装置制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で相互に連動して動く複数の作動部品を制御できるようし、装置設計の自由度が高く、かつ、装置の小型化に寄与する装置制御システムを提供する。
【解決手段】 装置における作動部分（制御対象）ａ１、ｂ１、ｃ１を視覚的に認識する認識手段Ａと、認識手段Ａで認識された視覚情報を解析する情報解析手段Ｂと、解析された解析データに基づき前記作動部分を制御する制御手段Ｃとを備え、認識手段Ａにより一定の領域内Ｒ１に存する作動部分を認識し、解析された一つの解析データに基づき装置の作動上連動する作動部分（あるいはその駆動源ａ２、ｂ２、ｃ２）を独立または連動して制御するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、装置制御システムに関し、より詳細には、視覚センサを用いて装置各所で作動している部分（作動部分）を制御する装置制御システムに関する。

各種装置は、作動する複数の部品（作動部分）から構成され、所期の機能や性能を適正に発揮させるために各作動部分が自動制御されている。これらの各作動部分を高精度で制御する方法として、作動部分の状況を各種のセンサにより直接測定し、当該センサの測定結果に応じて作動部分の力、回転数、距離、速度、角速度や変位量などを制御する所謂クローズドループ制御が一般に用いられている。

例えば、特許文献１では、高精度かつ安価な位置決め制御装置として、モータの駆動力を伝達する伝達機構部と、モータの駆動力が伝達されて駆動される可動部材と、可動部材の位置を検出する位置検出器と、位置検出器の出力をフィードバックして制御演算部の出力に基づいてモータを駆動するドライバ部とを備え、目標位置に位置決め制御を行うようにしたものが開示されている。

然し、従来では、制御しようとする一つの作動部分（制御対象）に対して、制御しようとする内容に応じた少なくとも１つのセンサが設けられ、制御対象や制御内容が増加することに比例して使用するセンサの数が増加すると共に、その制御回路も複雑になっていく。

ここで、制御対象を測定するセンサは、通常、装置側で制御しようとする作動部分の近傍に直接取り付けられる。このため、装置にセンサの取付用及びセンサへの配線用のスペースを確保する必要があり、装置設計の自由度が低下するばかりか、装置自体の大型化を招くという問題がある。その上、狭いスペースに複数のセンサを取り付けるような場合にはその取付やメンテナンス時の作業性も害される。
特開２００７−２５３３３０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成で装置の作動上連動した複数の作動部品を制御できるようし、装置設計の自由度が高く、かつ、装置の小型化に寄与する装置制御システムを提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の装置制御システムは、装置における作動部分を視覚的に認識する認識手段と、前記認識手段で認識された視覚情報を解析する情報解析手段と、前記解析された解析データに基づき前記作動部分を制御する制御手段とを備え、前記認識手段により一定の領域内に存する作動部分を認識し、解析された一つの解析データに基づき装置の作動上連動する作動部分を独立または連動して制御するように構成したことを特徴とする。

なお、本発明においては、作動部分には、装置を構成する部品のうち作動する部分だけを指すものではなく、装置で各種処理を施す場合に、当該装置内で搬送され、所定の処理が施される被処理対象物が含まれる。

前記認識手段は視覚センサであり、前記情報解析手段は、前記視覚センサで取得された画像を処理する画像処理装置である構成を採用すればよい。

本発明においては、前記作動部分が、ウエブを搬送する搬送経路中で水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方に移動してウエブに所定の角度を付与する少なくとも１本の可動ローラであり、前記視覚情報が前記可動ローラの位置情報であるものに適用することができる。

また、前記作動部分が、ウエブをロール状に巻き取る巻取手段であり、前記視覚情報がロール状に巻き取ったウエブのロール径及び巻取手段へのウエブの入射角の少なくとも一方であるものに適用できる。

さらに、前記作動部分が、ウエブをロール状に巻回した状態で保持する保持手段であり、前記視覚情報が保持手段でのウエブのロール径であるものに適用できる。

また、本発明においては、前記装置が、ウエブをロール状に巻回した状態で保持する保持手段と、ウエブに繰り出し力を付与する繰出手段と、繰り出されたウエブを巻き取る巻取手段とを備え、ウエブに対し所定の処理を施す処理装置であるものに適用できる。

本発明によれば、一定の領域内に存する作動部分を一つの認識手段により認識し、解析された一つの解析データに基づき、装置の作動上連動する各作動部分を独立して制御する構成を採用したため、装置構成を簡単にでき、その結果、装置設計の自由度が高くでき、その上、装置の小型化に寄与することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態の装置制御システムについて説明する。図１に示すように、装置制御システムは、装置各所の一定の領域内に存する作動部分（制御対象）ａ１、ｂ１、ｃ１を視覚的に認識する視覚センサＡ（認識手段）を備える。視覚センサＡとしては、測定しようとする被対象物に応じてＣＣＤカメラや赤外線カメラなどが用いられる。視覚センサＡで認識された視覚情報は公知の構造を有する画像解析装置Ｂ（情報解析手段）に出力され、当該画像解析装置Ｂにより、測定しようとする情報に応じて作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１の位置、回転数や速度等の解析データが算出される。

画像解析装置Ｂでの解析データは、マイコン等からなる制御手段Ｃに入力されるようになっている。制御手段Ｃには、作動部分の制御に関する指令データを予めプログラムしておくことができ、他方で、パソコンやリモコンなどの外部入力装置を介して作動部分の駆動源ａ２、ｂ２、ｃ２の制御に関する指令データが入力できるようになっている。そして、１個の視覚センサＡにより一定の領域内に存しかつ装置の作動上連動して動く作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１が同時認識されて解析データが算出される。この解析データと制御手段Ｃでの指令データとに基づき、制御手段Ｃにより作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１それぞれの駆動源ａ２、ｂ２、ｃ２に対し同時に制御信号が出力され、作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１がそれぞれ独立して制御される。

このように一定の領域内に存する作動部分を１個の視覚センサＡにより認識し、解析された１個の視覚情報に基づき装置の作動上連動して動く各作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１を独立して制御する構成を採用したため、装置構成を簡単にでき、その結果、装置設計の自由度が高くでき、その上、装置の小型化に寄与することが可能になる。なお、上記のものに限らず、各作動部分ａ１、ｂ１、ｃ１を連動して制御してもよい。

次に、本発明の実施の形態の装置制御システムを塗膜形成装置に適用した例を説明する。図２に示すように、塗膜形成装置は、フレーム１ａに設けた保持リール（保持手段）２と、巻取軸（巻取手段）３とを有し、保持リール２にはウエブＷがロール状に巻回された状態で保持されている。ウエブＷは、作製しようとする製品に応じて合成樹脂フィルム、紙、金属箔や布などから適宜選択された材料で構成される。

ウエブＷは、ガイドローラ４を介して上下一対の駆動ローラ５ａ及びピンチローラ５ｂ間を通って他のガイドローラ６ａを経て手前側のフレーム１ａの下方に案内された後、後述の加熱乾燥装置を支持する奥側のフレーム１ｂの下側へと繰り出される。この場合、モータ等の駆動手段を備えた駆動ローラ５ａが保持リール２からウエブＷを繰り出す繰出手段を構成する。また、駆動ローラ５ａを設けずに、巻取軸３を繰出手段として用いて、巻取手段と兼用するように利用してもよい。

フレーム１ｂの下側へと繰り出されたウエブＷは、ガイドローラ６ｂ、６ｃによって、このフレーム１ｂの他側まで水平搬送される。そして、ガイドローラ６ｄによって直角方向上方に向けられ、フレーム１ｂの端部に配設した塗工装置７へと案内される。

塗工装置７は、公知の構造を有し、ウエブＷを搬送するバッキングローラ７ａと、ヒートシール層や反射防止層などウエブＷ表面に作製しようとする膜に応じて適宜選択される所定の塗液を一定の流量で供給する塗工ヘッド（図２では、スロットダイ）７ｂとから構成されている。尚、塗工装置７は、これに限定されるものではなく、ウエブＷ表面に形成しようとする塗膜に応じて、ロールコート法、ブレードコート法、ナイフコート法やグラビアコート法などの各種塗工方法を採用でき、その塗工方法に応じた各種塗工ヘッドを適宜選択できる。

所定の塗膜が形成されたウエブＷは水平搬送されつつ、フレーム１ｂの上部に配置された加熱乾燥装置８へと搬送される。加熱乾燥装置８は、ウエブＷの搬送経路に沿って所定の間隔を存して列設した吹き付けノズル８ａを備え、熱エネルギーを付与して塗膜を加熱乾燥する。吹き付けノズル８ａの吹出口の横幅は、ウエブＷの全幅より広く設定されることが好ましく、水平搬送されるウエブＷに対し交差する方向から温風を吹き付けるように配置されている。

塗膜が加熱乾燥されたウエブＷは、ガイドローラ９ａ乃至９ｄ及びウエブのテンションや巻取軸３での巻取速度を調節するために上下動自在に設けたテンションローラ１０を経て巻取軸３へと搬送され、ロール状に巻き取られる。巻取軸３はフレーム１ａに設けた支柱３ａの上部中央を支点とする支持棒３ｂの片側に設けられ、他端には他の巻取軸３ｃが設けられている。そして、巻取軸３でのウエブＷの巻取量が増加するに従って、ガイドローラ９ｄから巻取軸３へのウエブＷの入射角を制御して巻き取り不良が生じないようになっている。

ところで、上記のようにウエブＷに対し温風を吹き付ける場合、吹き付けノズル８ａ直下の部分と吹き付けノズル８ａから搬送方向前方に所定の距離だけ離れた部分とではウエブＷに付与される熱エネルギーが大きく異なる。このような場合に、加熱乾燥時に製品性能がばらつかないようにウエブＷに対する温風の吹付角を調整できることが好ましい場合がある。そこで、本実施の形態では、ウエブＷの搬送経路中で加熱乾燥装置８の下方に位置させて角度付与機構１１を設けている。

図２及び図３に示すように、角度付与機構１１は、バッキングローラ７ａとガイドローラ９ａとの間に位置する架台１ｃ上に設けた２本の可動ローラ１２ａ、１２ｂと、可動ローラ１２ａ、１２ｂを水平方向及び鉛直方向に移動させる駆動手段１３とを備える。

駆動手段１３は、水平搬送されるウエブＷに平行となるように架台１ｃ上に設けた４本のレール１４に摺動自在に係合する可動枠１５を備える。また、可動枠１５の下面中央にナット部材１５ａが設けられ、ナット部材１５ａには送りねじ１６が螺合している。そして、送りねじ１６の一端に連結されたモータＭ１をそれぞれ駆動して送りねじ１６を回転させると、各可動枠１５がレール１４に沿って往復動する（即ち、可動ローラ１２ａ、１２ｂが水平方向に移動自在となる）。

また、可動枠１５には、ウエブＷの幅方向両側に位置させてガイド部材１７が立設され、ガイド部材１７に支持枠１８がそれぞれ取り付けられ、一対の支持枠１８により可動ローラ１２ａ、１２ｂが軸支されている。この場合、一方の支持枠１８には図示省略したねじ孔が形成され、ねじ孔には他の送りねじ１９が螺合している。送りねじ１９の一端は、図示省略したギアを介して可動枠１５上に配置した第２のモータＭ２に接続され、第２のモータＭ２を駆動して送りねじ１９を回転させると、両支持枠１８がガイド部材１７に沿って同期して往復動する（即ち、可動ローラ１２ａ、１２ｂが鉛直方向に移動自在となる）。

そして、両可動ローラ１２ａ、１２ｂを水平方向及び鉛直方向に適宜変位させ、ウエブＷの搬送経路中で上流側の可動ローラ１２ａが下流側の可動ローラ１２ｂより下側に位置すると、ウエブＷが水平面に対し所定の傾斜角θで搬送経路の下流側に向かって上方に傾き、他方で、可動ローラ１２ａが可動ローラ１２ｂより上側に位置すると、ウエブＷが水平面に対し所定の傾斜角θで搬送経路の下流側に向かって下方に傾く（図５参照）。

このように角度付与機構１１を構成し、装置の作動上連動して動く作動部品たる２本の可動ローラ１２ａ、１２ｂのバッキングローラ７ａ及びガイドローラ９ａに対する位置を制御するために、本実施の形態の装置制御システムが用いられている。図４及び図５に示すように、一定の領域Ｒ１内に存する可動ローラ１２ａ、１２ｂを同時に撮像するように配置されたＣＣＤカメラＡと、撮像した画像を解析する画像解析装置Ｂと、その解析した解析データに基づいて各可動ローラ１２ａ、１２ｂの変位量を算出し、それに応じてモータＭ１、Ｍ２（図１において、駆動源に対応する）の作動を制御するマイコン等の制御手段Ｃとを備えている。

そして、外部入力装置を介して制御手段Ｃに所望のウエブＷの傾斜角θを入力すると、ＣＣＤカメラＡにより可動ローラ１２ａ、１２ｂが撮像され（図４参照）、画像解析装置Ｂを介して可動ローラ１２ａ、１２ｂの現在位置に関する解析データが制御手段Ｃに出力される。解析データが制御手段Ｃに入力されると、現在位置と入力された傾斜角θとから制御手段Ｃにより両可動ローラ１２ａ、１２ｂの変位量が算出され、これに応じてモータＭ１、Ｍ２の作動が制御され、可動ローラ１２ａ、１２ｂがそれぞれ水平方向及び鉛直方向に移動されて所定位置に変位する（図４及び図５参照）。即ち、ＣＣＤカメラＡで撮像した一つの視覚情報により装置の作動上連動して動く作動部品たる可動ローラ１２ａ、１２ｂの位置が制御される。その結果、各可動ローラ１２ａ、１２ｂ毎にポジションセンサなどを設けて制御する従来例と比較して、一定の領域内における複数の作動部分を１つの認識手段で一度に認識することができるために、部品点数を減少させて低コスト化を図ることができ、その上、装置設計の自由度が高く、かつ、装置の小型化に寄与する 。

次に、上記塗膜形成装置によるウエブＷへの塗膜の形成を説明する。先ず、搬送装置の保持リール２にロール状に巻回されたウエブＷを保持させた後、ウエブＷの先端を繰り出し、ガイドローラ４を経て駆動ローラ５ａ及びピンチローラ５ｂの間を通す。その後、ガイドローラ６ａ乃至６ｄを経た後、バッキングローラ７ａに掛け回し、加熱乾燥装置の下側を水平に通す。そして、ウエブＷの先端を、ガイドローラ９ａ乃至９ｄ及びテンションローラ１０を介して巻取軸３に固定する。

次いで、加熱乾燥装置８の下方を搬送されるウエブＷに角度を付与するため制御手段Ｃに所望のウエブＷの傾斜角θを入力する。傾斜角θが入力されると、ＣＣＤカメラＡにより可動ローラ１２ａ、１２ｂが同時に撮像され、現在位置に関する解析データが制御手段Ｃに出力され、制御手段Ｃにより両可動ローラ１２ａ、１２ｂの変位量が算出される。これに応じてモータＭ１、Ｍ２が作動して可動ローラ１２ａ、１２ｂが所定位置に変位され、ウエブＷの搬送準備が完了する。

次いで、加熱乾燥手段８を作動させた後、図示省略したモータを作動させて駆動ローラ５ａを回転駆動する。駆動ローラ５ａが回転駆動されると、ウエブＷに繰り出し力が付与され、所定の速度でウエブＷが連続して搬送される。そして、塗工装置７によりウエブＷ表面に所定の塗膜が形成され、加熱乾燥装置８の下方へと案内される。例えば、ウエブＷ表面にヒートシール層を形成する場合には、所定の樹脂成分を塗布した後、１００℃程度の温風でウエブＷが加熱乾燥される。最後に、加熱乾燥装置８を経たウエブＷは大気に触れて自然冷却され、所定温度以下に冷却されたウエブＷが巻取軸３にロール状に連続して巻き取られる。

尚、本実施の形態では、図２及び図５における点線で示す領域Ｒ１として、加熱乾燥装置８の下方を搬送されるウエブＷに角度を付与するために角度付与機構の２本の可動ローラ１２ａ、１２ｂを作動部品とし、解析された一つの解析データがに基づき可動ローラ１２ａ、１２ｂを独立して制御するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、図２に示す点線で示す領域Ｒ２を視覚センサＡで認識し、保持リール２または巻取軸３を作動部品とし、保持リール２または巻取軸３でのウエブＷのロール径を視覚情報とし、装置の作動上連動して動く駆動ローラ５ａを制御するようにしてもよい。これにより、ウエブＷの巻取径等からその生産量の管理が可能となる。他方で、上記領域Ｒ２を視覚センサＡで認識している場合（図２及び図４参照）、作動部分を巻取軸３とし、視覚情報をガイドローラ９ｄから巻取軸３へのウエブＷの入射角及び巻取軸３でのウエブＷのロール径とし、ウエブＷのロール径に対する入射角が所定値を超えていると、巻き取り不良が生じ得ると判断し、装置の作動上連動して動く駆動ローラ５ａを停止するように制御してもよい。

また、本実施の形態では、装置の構成部品たる作動部分を視覚センサで認識して制御するものを例に説明したが、所定の処理が施される被処理対象物たるウエブを作動部分とみなし、装置の作動上連動して動く作動部品を制御することができる。即ち、視覚センサとして赤外線センサを用い、加熱乾燥装置８の上流または下流側のウエブＷを撮像し、情報解析手段Ｂにてサーモグラフ処理し、それに応じてウエブＷの繰出速度を決める駆動ローラ５ａの回転速度や加熱乾燥装置１での温風の温度を制御するようにしてもよい。

本発明の実施の形態の装置制御システムを概略的に説明するブロック図。 塗膜形成装置の構成を模式的に説明する構成図。 角度付与機構の拡大斜視図。 本発明の実施の形態の装置制御システムを適用した塗膜形成装置の構成を模式的に説明する構成図。 ウエブへの角度の付与の制御を模式的に説明する側面図。

符号の説明

Ａ 視覚センサ（認識手段）
Ｂ 画像解析装置（情報解析手段）
Ｃ 制御手段
２ 保持リール（保持手段：制御対象物）
３ 巻取軸（巻取手段：制御対象物）
５ａ 駆動ローラ（繰出手段：駆動源）
８ 加熱乾燥装置
１１ 角度付与機構
１２ａ、１２ｂ 可動ローラ（制御対象物）
Ｍ１、Ｍ２ モータ（駆動源）
Ｗ ウエブ

Claims (6)

1. 装置における作動部分を視覚的に認識する認識手段と、
   前記認識手段で認識された視覚情報を解析する情報解析手段と、
   前記解析された解析データに基づき前記作動部分を制御する制御手段とを備え、
   前記認識手段により一定の領域内に存する作動部分を認識し、解析された一つの解析データに基づき装置の作動上連動する作動部分を独立または連動して制御するように構成したことを特徴とする装置制御システム。
2. 前記認識手段は視覚センサであり、前記情報解析手段は、前記視覚センサで取得された画像を処理する画像処理装置であることを特徴とする請求項１記載の装置制御システム。
3. 前記作動部分が、ウエブを搬送する搬送経路中で水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方に移動してウエブに所定の角度を付与する少なくとも１本の可動ローラであり、前記視覚情報が前記可動ローラの位置情報であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の装置制御システム。
4. 前記作動部分が、ウエブをロール状に巻き取る巻取手段であり、前記視覚情報がロール状に巻き取ったウエブのロール径及び巻取手段へのウエブの入射角の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の装置制御システム。
5. 前記作動部分が、ウエブをロール状に巻回した状態で保持する保持手段であり、前記視覚情報が保持手段でのウエブのロール径であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の装置制御システム。
6. 前記装置が、ウエブをロール状に巻回した状態で保持する保持手段と、ウエブに繰り出し力を付与する繰出手段と、繰り出されたウエブを巻き取る巻取手段とを備え、ウエブに対し所定の処理を施すウエブ処理装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の装置制御システム。
   

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