JP2011137773A - Tension sensor calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はサーボ機構で駆動するロールで張力を管理しながらフィルムを搬送する装置（以下、「フィルム搬送装置」という。）に用いられる張力センサの較正方法に係り、特にフィルムをロールから外さずに張力センサを較正することのできる張力センサ較正方法に関する。 The present invention relates to a method for calibrating a tension sensor used in an apparatus for transporting a film while controlling tension with a roll driven by a servo mechanism (hereinafter referred to as “film transport apparatus”), and in particular, without removing the film from the roll. The present invention relates to a tension sensor calibration method capable of calibrating a tension sensor.
糸を撚る装置やフィルム搬送装置において、張力の管理が不十分であると、糸の撚りが均等に行われない、あるいは、巻き取り軸において均等な巻きが保てない等の問題が生じてしまう。このため、特許文献１では、糸を送る際に張力センサの出力が、熱やゴミの付着によりドリフトすることを防ぐため、糸を一度センサから引き離して零補正を行っている。また、特許文献２では、張力センサの較正方法として、ある質量の物体を吊り下げたときの張力センサの出力と、物体を吊り下げないときの張力センサの出力を比較して、張力センサの較正を行っている。 If the tension control is insufficient in the yarn twisting device or the film transport device, the yarn may not be twisted evenly, or the winding shaft may not be able to maintain uniform winding. End up. For this reason, in Patent Document 1, in order to prevent the output of the tension sensor from drifting due to heat or dust when feeding the yarn, the yarn is once pulled away from the sensor to perform zero correction. In Patent Document 2, as a tension sensor calibration method, the tension sensor output is compared by comparing the output of the tension sensor when an object of a certain mass is suspended with the output of the tension sensor when the object is not suspended. It is carried out.
一般に、フィルムの搬送は、大きな半径のロールにフィルムを巻きつけて行い、フィルム張力の検出センサもロールの支柱に設置されている。このため、ロールに巻きつける角度が張力センサの出力電圧とフィルム張力とを関係付けるために重要なパラメータとなる。この巻きつけ角度が関係するため、フィルムを装置に張らない状態で、張力センサの較正を行っても、実際にフィルムが張られた状態に合わせた張力を正確に検出できるとは限らない。また、フィルムをフィルム搬送装置に張った状態では、張力センサからフィルムを引き離すことは難しく、無理やり引き離すことによりフィルムが塑性変形してしまい、本来の張力を得られなくなってしまう可能性がある。 In general, the film is conveyed by winding the film around a roll having a large radius, and a film tension detection sensor is also installed on the support column of the roll. For this reason, the angle wound around the roll is an important parameter for relating the output voltage of the tension sensor and the film tension. Since this winding angle is related, even if the tension sensor is calibrated without tensioning the film on the apparatus, it is not always possible to accurately detect the tension according to the actual tension of the film. Further, in a state where the film is stretched on the film conveying device, it is difficult to separate the film from the tension sensor, and the film may be plastically deformed by forcibly separating it, and the original tension may not be obtained.
上記各特許文献の張力センサの較正方法は、線径の小さな糸で、小さな直径の張力センサに巻きつけて行うことは有効であるが、上記の理由により、面積のあるフィルムを搬送する装置に適用するには有効ではない。 The tension sensor calibration method of each of the above patent documents is effective when it is wound around a tension sensor having a small diameter with a small diameter wire. It is not valid to apply.
本発明は上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、フィルム搬送装置においてフィルムをロールから外さずにフィルムの張力センサを較正することのできる張力センサ較正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a tension sensor calibration method capable of calibrating a film tension sensor without removing the film from a roll in a film transport apparatus.
上記目的を達成するため、本発明では、サーボ機構で駆動されるロール（以下、「駆動ロール」という。）の角度と、このときの張力センサの出力電圧から、張力センサの出力電圧とフィルム張力との関係を決定する。このとき、張力センサはフィルム搬送装置に設置されただけでは、張力を決定することができない。そこで、初めに駆動ロールを回転させて、そのときの駆動ロールの回転角度（ロール角度）と張力センサの出力電圧を記録しておく。そして、ロール角度と張力センサの出力電圧の関係式を求め、その関係式から張力センサの出力電圧が零となるロール角度を算出する。このロール角度はフィルム張力が零となるロール角度である。次に、記録しておいたロール角度から、張力センサの出力電圧が零となるロール角度を引き、下記の式(１)でそのときのフィルム張力を求める。 In order to achieve the above object, in the present invention, the output voltage of the tension sensor and the film tension are calculated from the angle of the roll driven by the servo mechanism (hereinafter referred to as “driving roll”) and the output voltage of the tension sensor at this time. And determine the relationship. At this time, the tension cannot be determined only by installing the tension sensor in the film transport apparatus. Therefore, the drive roll is first rotated, and the rotation angle (roll angle) of the drive roll at that time and the output voltage of the tension sensor are recorded. Then, a relational expression between the roll angle and the output voltage of the tension sensor is obtained, and the roll angle at which the output voltage of the tension sensor becomes zero is calculated from the relational expression. This roll angle is a roll angle at which the film tension becomes zero. Next, the roll angle at which the output voltage of the tension sensor becomes zero is subtracted from the recorded roll angle, and the film tension at that time is obtained by the following equation (1).
次に、算出したフィルム張力と、張力センサの出力電圧から、張力センサの出力電圧に対するフィルム張力の関係を決定する。 Next, the relationship of the film tension with respect to the output voltage of the tension sensor is determined from the calculated film tension and the output voltage of the tension sensor.
ロール角度と張力センサの出力電圧の関係式は、１次関数または２次関数で決定される。すなわち、システムの構成、つまり、張力センサの特性や張力検出の方法により、ロール角度に対する張力センサの出力電圧は、１次関数または２次関数となる。 A relational expression between the roll angle and the output voltage of the tension sensor is determined by a linear function or a quadratic function. That is, the output voltage of the tension sensor with respect to the roll angle is a linear function or a quadratic function depending on the system configuration, that is, the tension sensor characteristics and the tension detection method.
このことにより、システムの構成を考慮した関数のフィッティングを行うようにする。関数の係数を求めるときは、１次関数の場合は２点による方法か、あるいは、複数点による最小二乗法を用いる。２次関数の場合は３点による方法か、複数点による最小二乗法を用いる。求めた１次関数と２次関数の関係式による張力センサの出力電圧算出値と、実際に測定した張力センサの出力電圧をＬ２ノルムなどの評価関数を用いて比較することにより、最適な関係式を選択する。 As a result, function fitting is performed in consideration of the system configuration. When obtaining a coefficient of a function, in the case of a linear function, a method using two points or a least square method using a plurality of points is used. In the case of a quadratic function, a method using three points or a least square method using a plurality of points is used. The optimum relational expression is obtained by comparing the calculated output voltage of the tension sensor by the relational expression of the obtained linear function and quadratic function with the actually measured output voltage of the tension sensor using an evaluation function such as L2 norm. Select.
これにより、システムの線形、非線形の張力センサの特性を考慮するようにする。そして、求めた関係式から、張力センサの出力電圧が零となるときの駆動ロールの回転角度を算出する。 This takes into account the characteristics of the system's linear and non-linear tension sensors. Then, the rotation angle of the drive roll when the output voltage of the tension sensor becomes zero is calculated from the obtained relational expression.
張力センサの出力電圧とフィルム張力の関係式は、駆動ロールの回転角度と張力センサの出力電圧を選択した関係式とする。張力値は式(１)で求めるので、駆動ロールの回転角度とフィルム張力は線形の関係である。このため、再度張力センサの出力電圧と、フィルム張力の関係式の選択を行わないようにする。 The relational expression between the output voltage of the tension sensor and the film tension is a relational expression in which the rotation angle of the driving roll and the output voltage of the tension sensor are selected. Since the tension value is obtained by the equation (1), the rotation angle of the driving roll and the film tension have a linear relationship. For this reason, the relational expression between the output voltage of the tension sensor and the film tension is not selected again.
以上を整理すると、本発明に係る張力センサ較正方法は、フィルムを搬送するための巻き出しロールと巻き取りロールの間に駆動ロールを備えた張力カットロールを有するフィルム搬送装置の張力センサであって、巻き出しロールと駆動ロール間に設けられた第１の張力センサと駆動ロールと巻き取りロール間に設けられた第２の張力センサのそれぞれを較正する方法において、
前記巻き出しロールと前記巻き取りロールを動かないようにロックして、前記駆動ロールの任意の基準位置からの回転角度θ11と、当該回転角度θ11のときの前記第１の張力センサの出力電圧および前記第２の張力センサの出力電圧を収集し、次に、前記駆動ロールを任意の回転角度θ12回転させ、当該回転角度θ12のときの前記第１の張力センサの出力電圧および前記第２の張力センサの出力電圧を収集し、
収集した前記駆動ロールの回転角度に対応する前記第１の張力センサの出力電圧をもとに、前記第１の張力センサの出力電圧と前記駆動ロールの回転角度の関係を表す近似式を演算し、当該近似式から前記第１の張力センサの出力電圧が零になるときの前記駆動ロールの回転角度θ13を算出する一方、収集した前記駆動ロールの回転角度に対応する前記第２の張力センサの出力電圧をもとに、前記第２の張力センサの出力電圧と前記駆動ロールの回転角度の関係を表す近似式を演算し、当該近似式から前記第２の張力センサの出力電圧が零になるときの前記駆動ロールの回転角度θ14を算出し、
回転角度をθ、フィルム長さをＬ、フィルムのヤング率をE、フィルム幅をh、フィルム厚さをt、駆動ロールの直径をD、目標張力をNとしたとき、上記式（１）を用いて、前記回転角度θ13を基準にして前記回転角度θ11のときの第１のフィルム張力を算出し（式（６））、当該第１のフィルム張力と前記回転角度θ11のときの前記第１の張力センサの出力電圧から、前記第１の張力センサの出力電圧に対するフィルム張力の関係式１（式（７））を算出し、また、上記式（１）を用いて、前記回転角度θ14を基準にして前記回転角度θ11のときの第２のフィルム張力を算出し、当該フィルム張力と前記回転角度θ11のときの前記第２の張力センサの出力電圧から、前記第２の張力センサの出力電圧に対するフィルム張力の関係式２を算出し、前記算出した関係式１と関係式２から所望の張力に対応する前記第１の張力センサの電圧値と前記第２の張力センサの電圧値をそれぞれ算出し、
次に、前記駆動ロールをロックしてフィルムを固定すると共に前記巻き出しロールと前記巻き取りロールのロックを解除して、前記第１の張力センサの出力電圧と前記第２の張力センサの出力電圧がそれぞれ前記算出した電圧値になるように、前記巻き出しロールの回転角度と前記巻き取りロールの回転角度をそれぞれ調整し、その後、前記駆動ロールのロックを解除することを特徴とする。
To summarize the above, the tension sensor calibration method according to the present invention is a tension sensor of a film transport apparatus having a tension cut roll having a drive roll between a winding roll and a winding roll for transporting a film. In the method of calibrating each of the first tension sensor provided between the unwinding roll and the driving roll and the second tension sensor provided between the driving roll and the winding roll,
The unwinding roll and the winding roll are locked so as not to move, and the rotation angle θ 11 of the drive roll from an arbitrary reference position and the output of the first tension sensor at the rotation angle θ 11 Voltage and the output voltage of the second tension sensor are collected, and then the drive roll is rotated by an arbitrary rotation angle θ 12, and the output voltage of the first tension sensor at the rotation angle θ 12 and the Collecting the output voltage of the second tension sensor;
Based on the collected output voltage of the first tension sensor corresponding to the rotation angle of the drive roll, an approximate expression representing the relationship between the output voltage of the first tension sensor and the rotation angle of the drive roll is calculated. The rotation angle θ 13 of the driving roll when the output voltage of the first tension sensor becomes zero is calculated from the approximate expression, while the second tension sensor corresponding to the collected rotation angle of the driving roll. Based on the output voltage, an approximate expression representing the relationship between the output voltage of the second tension sensor and the rotation angle of the drive roll is calculated, and the output voltage of the second tension sensor is reduced to zero from the approximate expression. Calculate the rotation angle θ 14 of the drive roll when
When the rotation angle is θ, the film length is L, the Young's modulus of the film is E, the film width is h, the film thickness is t, the drive roll diameter is D, and the target tension is N, the above formula (1) is obtained. Using the rotation angle θ 13 as a reference, the first film tension at the rotation angle θ 11 is calculated (formula (6)), and the first film tension and the rotation angle θ 11 are calculated. From the output voltage of the first tension sensor, the relational expression 1 (expression (7)) of the film tension with respect to the output voltage of the first tension sensor is calculated, and the rotation is calculated using the expression (1). The second film tension at the rotation angle θ 11 is calculated with reference to the angle θ 14, and the second tension sensor outputs the second tension sensor from the film tension and the output voltage of the second tension sensor at the rotation angle θ 11 . The relational expression 2 of the film tension with respect to the output voltage of the tension sensor is calculated. Calculating the voltage value of the first tension sensor and the voltage value of the second tension sensor corresponding to the desired tension from the relational expression 1 and the relational expression 2, respectively,
Next, the driving roll is locked to fix the film and the winding roll and the take-up roll are unlocked, and the output voltage of the first tension sensor and the output voltage of the second tension sensor are released. The rotation angle of the unwinding roll and the rotation angle of the take-up roll are respectively adjusted so that each becomes the calculated voltage value, and then the drive roll is unlocked.
ここで、近似式を演算するとは、予め決められた次数の式の係数を算出することを意味する。関係式についても同様である。 Here, calculating the approximate expression means calculating a coefficient of an expression of a predetermined order. The same applies to the relational expression.
なお、上記においては、回転角度θ11と回転角度θ11のときの第１の張力センサの出力電圧を用いて第１の張力と関係式１を算出したが、回転角度θ11と回転角度θ11のときの第１の張力センサの出力電圧に代えて、回転角度θ12と回転角度θ12のときの第１の張力センサの出力電圧を用いて第１の張力と関係式１を求めることもできる。同様に、回転角度θ11と回転角度θ11のときの第２の張力センサの出力電圧に代えて、回転角度θ12と回転角度θ12のときの第２の張力センサの出力電圧を用いて第２の張力値と関係式２を求めるようにしても良い。 In the above, the first tension and has been calculated equation 1 using the first output voltage tension sensor when the rotation angle theta 11 and the rotation angle theta 11, the rotation angle theta 11 and the rotation angle theta Instead of the output voltage of the first tension sensor at 11 , the first tension and the relational expression 1 are obtained using the output voltage of the first tension sensor at the rotation angle θ 12 and the rotation angle θ 12. You can also. Similarly, instead of the output voltage of the second tension sensor at the rotation angle θ 11 and the rotation angle θ 11 , the output voltage of the second tension sensor at the rotation angle θ 12 and the rotation angle θ 12 is used. The second tension value and the relational expression 2 may be obtained.
好ましくは、前記近似式として、１次関数および２次関数のそれぞれで算出し、各関数値と実測データとの誤差を算出して、誤差の小さい関数を選択するようにすると良い。これにより、精度の高い較正が可能となる。特に関数の次数は常に一定ではなく駆動ロールの回転角度によっては線形から非線形に変化する場合もあるので効果が大きい。さらに、この選択した関数の次数と上記の張力センサの出力電圧に対するフィルム張力の関係式１および関係式２の次数を一致させることによりより精度の高い較正が可能となる。 Preferably, the approximate expression is calculated by each of a linear function and a quadratic function, an error between each function value and measured data is calculated, and a function with a small error is selected. Thereby, a highly accurate calibration becomes possible. In particular, the order of the function is not always constant, and depending on the rotation angle of the drive roll, it may change from linear to non-linear, so the effect is great. Furthermore, by matching the order of the selected function with the order of the relations 1 and 2 of the film tension with respect to the output voltage of the tension sensor, calibration with higher accuracy is possible.
以上のように、本発明によれば、フィルムをフィルム搬送装置に張った状態で張力センサを較正でき、フィルムの状態に合わせた張力を検出することができる。また、温度変化やゴミの付着による張力センサの出力値の変化を補償することができ、正確な張力でフィルムの搬送と巻き取りを行うことができる。 As described above, according to the present invention, the tension sensor can be calibrated in a state where the film is stretched on the film transport device, and the tension in accordance with the state of the film can be detected. In addition, it is possible to compensate for changes in the output value of the tension sensor due to temperature changes and adhesion of dust, and it is possible to carry and wind the film with accurate tension.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の張力センサ較正方法が適用されるフィルム搬送装置２０の一例を示す。この図において、フィルム搬送装置２０には、厚さt、幅hのフィルム１４が、巻き出しロール５から巻き取りロール６まで、自由回転ロール９,１０,１１、センサロール７,８、駆動ロール３を通って張られている。駆動ロール３はサーボ機構で構成されており、ロールの回転角度を検出することができる。このフィルム搬送装置２０では、巻き出しロール５から駆動ロール３までのフィルム張力(以下、「張力１」という。)を張力センサ１で検出し、駆動ロール３から巻き取りロール６までのフィルム張力(以下、「張力２」という。)を張力センサ２で検出する。張力センサ１,２はそれぞれ張力センサバー１２,１３に設置されたセンサロール７,８がフィルムの力を受けて、張力センサバー１２,１３が支点１２ａ，１３ａを中心に回転することにより、張力センサバー１２，１３の先端の位置を検出することによりフィルム張力を検出している。張力カットロール４はフィルムのずれを防止し、巻き出しロール５から駆動ロール３までの張力である張力１と、駆動ロール３から巻き取りロール６までの張力である張力２を分割させるためにある。なお巻き出しロール５から駆動ロール３までのフィルム長さをＬ１、駆動ロール３から巻き取りロール６までのフィルム長さをＬ２とする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a film transport apparatus 20 to which the tension sensor calibration method of the present invention is applied. In this figure, a film transport device 20 includes a film 14 having a thickness t and a width h, from an unwinding roll 5 to a winding roll 6, free rotating rolls 9, 10, 11, sensor rolls 7, 8, and a driving roll. 3 is stretched through. The drive roll 3 is composed of a servo mechanism, and can detect the rotation angle of the roll. In this film transport device 20, the film tension from the unwinding roll 5 to the driving roll 3 (hereinafter referred to as “tension 1”) is detected by the tension sensor 1, and the film tension (from the driving roll 3 to the winding roll 6 ( Hereinafter, the tension sensor 2 detects “tension 2”. In the tension sensors 1 and 2, the sensor rolls 7 and 8 installed on the tension sensor bars 12 and 13, respectively, receive the force of the film, and the tension sensor bars 12 and 13 rotate around the fulcrums 12a and 13a. , 13 is detected to detect the film tension. The tension cut roll 4 prevents the film from being displaced, and splits the tension 1 that is the tension from the unwinding roll 5 to the drive roll 3 and the tension 2 that is the tension from the drive roll 3 to the take-up roll 6. . Note that the film length from the unwinding roll 5 to the driving roll 3 is L1, and the film length from the driving roll 3 to the winding roll 6 is L2.
次に、図２を用いての張力センサ較正方法の手順を説明する。なお、図２において、ステップＳ４は任意の手順であり、省略可能であるため、まずステップＳ４を省略した手順（近似式の選択は行わず、近似式を１次関数として求める手順）を説明する。 Next, the procedure of the tension sensor calibration method using FIG. 2 will be described. In FIG. 2, step S4 is an arbitrary procedure and can be omitted. First, a procedure in which step S4 is omitted (a procedure for obtaining an approximate expression as a linear function without selecting an approximate expression) will be described. .
張力センサ１,２を較正するときは、まず準備段階として、フィルム１４がフィルム搬送装置２０に張られた状態で、巻き出しロール５と巻き取りロール６を機械的にロックして動かさないようにする（ステップＳ１）。 When calibrating the tension sensors 1 and 2, as a preparatory stage, the unwinding roll 5 and the take-up roll 6 are not mechanically locked and moved while the film 14 is stretched on the film transport device 20. (Step S1).
そして、駆動ロール３の回転角度を変えながら張力センサ１，２の出力電圧のデータを収集する（ステップＳ２）。 And the data of the output voltage of tension sensors 1 and 2 are collected, changing the rotation angle of drive roll 3 (Step S2).
ステップＳ２の手順を具体的に説明すると、まず、駆動ロール３の現在の回転角度θ11（任意の基準位置からの回転角度）と、そのときの張力センサ１の出力電圧VTs11と張力センサ２の出力電圧VTs21とを収集する。以降、回転角度はこの基準位置からの回転角度で示されるものとする。次に、駆動ロール３を回転角度θ12へ微小回転させ基準位置からずらす。この回転角度θ12はフィルムの品質に影響を及ぼさない回転角度ならば任意で良い。駆動ロール３が角度θ12回転したことによって、張力センサ１の出力電圧はVTs12、張力センサ２の出力電圧はVTs22へ変化する。駆動ロール３の回転角度を変え、そのときの張力センサ１，２の出力電圧のデータを汎用の計算機に逐次保存して、以降の演算処理を計算機を利用して実行するようにすると良い。 The procedure of step S2 will be described in detail. First, the current rotation angle θ 11 of the drive roll 3 (rotation angle from an arbitrary reference position), the output voltage VTs11 of the tension sensor 1 at that time, and the tension sensor 2 The output voltage VTs21 is collected. Henceforth, a rotation angle shall be shown by the rotation angle from this reference position. Next, the drive roll 3 is slightly rotated to the rotation angle θ 12 and shifted from the reference position. The rotation angle θ 12 may be arbitrary as long as it does not affect the quality of the film. By driving roll 3 is the angle theta 12 rotates, the output voltage of the tension sensor 1 VTs12, the output voltage of the tension sensor 2 changes to VTs22. It is preferable to change the rotation angle of the drive roll 3 and store the output voltage data of the tension sensors 1 and 2 at that time sequentially in a general-purpose computer, and execute the subsequent arithmetic processing using the computer.
次に、収集した駆動ロール３の回転角度に対応する張力センサ１，２の出力電圧を用いて、この出力電圧と回転角度の関係を表す近似式を演算する（ステップＳ３）。 Next, using the collected output voltages of the tension sensors 1 and 2 corresponding to the rotation angle of the drive roll 3, an approximate expression representing the relationship between the output voltage and the rotation angle is calculated (step S3).
まず、張力センサ１側については、角度差（θ12―θ11 ）と張力センサ１の出力電圧差（VTs12―VTs11）から、１次関数で近似することにより、張力センサ１の出力電圧が零になる駆動ロール３の回転角度θ13を求める（ステップＳ５）。また、張力センサ２側については、角度差（θ11―θ12 ）と張力センサ２の出力電圧差（VTs21―VTs22）から、１次関数で近似することにより、張力センサ２の出力電圧が零になる駆動ロール３の回転角度θ14を求める（ステップＳ５）。 First, on the tension sensor 1 side, the output voltage of the tension sensor 1 is zero by approximating with a linear function from the angle difference (θ 12 −θ 11 ) and the output voltage difference of the tension sensor 1 (VTs12−VTs11). The rotation angle θ 13 of the driving roll 3 is obtained (step S5). On the tension sensor 2 side, the output voltage of the tension sensor 2 is zero by approximating with a linear function from the angle difference (θ 11 −θ 12 ) and the output voltage difference of the tension sensor 2 (VTs21−VTs22). The rotation angle θ 14 of the driving roll 3 is obtained (step S5).
次に、駆動ロールの回転角度とフィルム張力との関係を演算する（ステップＳ６）。
まず、張力センサ１では、駆動ロール３が回転角度θ13のときに出力電圧が零になるため、この回転角度θ13を基準として、回転角度θ11のときのフィルム張力N11を、上記の式(１)で算出する。算出したフィルム張力N11と出力電圧VTs11から、後述の如く、張力センサ１の出力電圧に対するフィルム張力の関係式を求める。同様に、張力センサ２については駆動ロール３がθ14のときに出力電圧が零になるため、この回転角度θ14を基準として、θ11のときのフィルム張力N21を、上記の式(１)で算出する。そして、算出したフィルム張力N21と出力電圧VTs21から、張力センサ２の出力電圧に対するフィルム張力の関係式を求める。
Next, the relationship between the rotation angle of the drive roll and the film tension is calculated (step S6).
First, the tension sensor 1, since the drive roll 3 and the output voltage when the rotation angle theta 13 becomes zero, based on the rotational angle theta 13, the film tension N 11 when the rotation angle theta 11, the It calculates with Formula (1). From the calculated film tension N 11 and the output voltage VTs11, as described later, it obtains the film tension relationship relative to the output voltage of the tension sensor 1. Similarly, since the output voltage of the tension sensor 2 becomes zero when the driving roll 3 is θ 14 , the film tension N 21 at θ 11 is expressed by the above equation (1) with the rotation angle θ 14 as a reference. ). Then, from the calculated film tension N 21 and the output voltage VTs21, obtaining the film tension relationship relative to the output voltage of the tension sensor 2.
以上の演算処理をさらに詳しく説明すると、例えば、駆動ロール３を図１中、右へ回転させたとする。すると張力センサ１は、巻き出しロール５から駆動ロール３までのフィルムが張られることになるので、出力電圧VTs12は出力電圧VTs11より大きくなる。また張力センサ２は、駆動ロール３から巻き取りロール６までのフィルムが弛むことになるので、出力電圧VTs22は出力電圧VTs21より小さくなる。これより、張力センサ１側については、駆動ロール３の回転角度と張力センサの出力電圧を１次関数とおいて、傾きa11と切片b11をそれぞれ関係が式(２)と式(３)で求まる。 The above arithmetic processing will be described in more detail. For example, it is assumed that the drive roll 3 is rotated to the right in FIG. Then, since the film from the unwinding roll 5 to the driving roll 3 is stretched in the tension sensor 1, the output voltage VTs12 becomes larger than the output voltage VTs11. In the tension sensor 2, the film from the drive roll 3 to the take-up roll 6 is loosened, so that the output voltage VTs22 is smaller than the output voltage VTs21. Thus, on the tension sensor 1 side, the rotation angle of the driving roll 3 and the output voltage of the tension sensor are linear functions, and the relationship between the slope a 11 and the intercept b 11 is expressed by the equations (2) and (3), respectively. I want.
ここから張力センサ１の出力電圧が零になる駆動ロール３の回転角度θ13は式(５)となる。
次に、求めた回転角度θ13を基準角度として回転角度θ11での張力N11を式(６)で求める。ここで、D11は駆動ロール３の直径である。
これより、張力センサ１の出力電圧と張力１の関係は式(７)となる。
張力センサ２側についても同様に、駆動ロール３の回転角度と、張力センサ２の出力電圧の関係を１次関数として、傾きa12と切片b12を式(８)と式(９)で求める。
ここから張力センサ２の出力電圧が零になる駆動ロール３の回転角度θ14は式(１０)となる。
次に、求めたθ14を基準角度として、θ11での張力N21は式(１１)で求める。
これより、張力センサ２の出力電圧と張力２の関係式は式(１２)となる。
この関係式（７）と関係式（１２）から、張力１、張力２が共に所望の張力になるときの張力センサ１，２の電圧値を求める（ステップＳ７）。 From this relational expression (7) and relational expression (12), the voltage value of the tension sensors 1 and 2 when the tension 1 and the tension 2 are both desired tensions is obtained (step S7).
次に駆動ロール３をロックしてフィルムを固定するとともに巻き出しロール５と巻き取りロール６のロックを解除して、張力センサ１，２の出力電圧が求めた電圧値になるように、巻き出しロール５と巻き取りロール６の回転角度を調整する（ステップＳ８）。 Next, the driving roll 3 is locked to fix the film and the winding roll 5 and the winding roll 6 are unlocked so that the output voltage of the tension sensors 1 and 2 becomes the obtained voltage value. The rotation angles of the roll 5 and the take-up roll 6 are adjusted (step S8).
そして、ステップＳ７で求めた張力センサの出力電圧とフィルム張力との対応関係に基づいて、巻き出しロール５、駆動ロール３、巻き取りロール６を用いてフィルムの張力を管理しながら、フィルムの巻き取りを行う。 Then, based on the correspondence between the output voltage of the tension sensor obtained in step S7 and the film tension, the film tension is controlled while managing the film tension using the unwinding roll 5, the driving roll 3, and the winding roll 6. Take.
以上、張力センサの較正方法について説明した。なお、上記の方法は、ステップＳ４の手順を省略して、駆動ロール３の回転角度と各張力センサ１，２の出力電圧の近似式を１次関数として、２点の測定値で決定するという方法である。 The tension sensor calibration method has been described above. In the above method, the procedure of step S4 is omitted, and the approximate expression of the rotation angle of the driving roll 3 and the output voltage of each tension sensor 1 and 2 is determined as a linear function and determined by two measured values. Is the method.
この方法に対して、次の如く、近似式を複数の関数でそれぞれ求めて、ステップＳ４で最適な関数を選択するというやり方がある。以下、この手順を説明する。 In contrast to this method, there is a method in which approximate expressions are obtained by a plurality of functions as follows, and an optimum function is selected in step S4. Hereinafter, this procedure will be described.
まず、ステップ１の準備の後、ステップＳ２において、駆動ロール３が回転する間に、駆動ロール３の回転角度に対する張力センサ１，２の出力電圧を複数記録しておく。次に、ステップＳ３で、この記録したデータに対して１次関数と２次関数で最小二乗法により係数を算出するようにする。そして、ステップＳ４で、回転角度を代入しそれぞれ算出した１次関数と２次関数の関係式による電圧値（計算値）と、測定した張力センサの出力電圧（実測値）とを比較することにより、最適な関数を選択する。選択のしかたとしては、例えば、計算値と実測値の平方和の小さい方、あるいは、計算値と実測値の差の最大値が小さい方などがある。 First, after the preparation of Step 1, in Step S2, a plurality of output voltages of the tension sensors 1 and 2 with respect to the rotation angle of the drive roll 3 are recorded while the drive roll 3 rotates. Next, in step S3, a coefficient is calculated for the recorded data by a least square method using a linear function and a quadratic function. In step S4, the voltage value (calculated value) obtained by substituting the rotation angle and calculated by the linear function and the quadratic function is compared with the measured output voltage (actual value) of the tension sensor. Select the optimal function. As a selection method, for example, there is a smaller one of the sum of squares of the calculated value and the actually measured value, or a smaller maximum value of the difference between the calculated value and the actually measured value.
図１のように張力センサ１，２が構成されている場合、張力センサバー１２，１３がそれぞれ張力センサ１，２に加える力は、張力センサバー１２，１３の回転角度により依存するので、非線形の特性となり、張力センサ１，２の特性が線形でも、実際に測定されるフィルム張力の特性は非線形になる。ステップＳ４の手順を実施することにより、このような場合でも、フィルム搬送装置２０の状態に合わせた精度の良い張力センサの較正が可能になる。また、非線形近似させたときには、これに合わせて駆動ロール３の複数点の回転角度に対するフィルムの張力を算出し、これをもとにステップＳ４で選択した近似式と同じ次数の近似式を算出し、この近似式を上記の式（７）、式（１２）の代わりに用いると良い。これにより、より精度の高い較正が可能となる。 When the tension sensors 1 and 2 are configured as shown in FIG. 1, the force applied by the tension sensor bars 12 and 13 to the tension sensors 1 and 2 depends on the rotation angle of the tension sensor bars 12 and 13, respectively. Even if the characteristics of the tension sensors 1 and 2 are linear, the actually measured film tension characteristics are nonlinear. By performing the procedure of step S4, it is possible to calibrate the tension sensor with high accuracy in accordance with the state of the film transport device 20 even in such a case. In addition, when the nonlinear approximation is performed, the film tension with respect to the rotation angles of the plurality of points of the driving roll 3 is calculated in accordance with this, and the approximate expression of the same order as the approximate expression selected in step S4 is calculated based on this. This approximate expression may be used in place of the above expressions (7) and (12). Thereby, calibration with higher accuracy becomes possible.
以上、本実施の形態によれば、巻き出しロールと巻き取りロールをロックし、張力カットロール側の駆動ロールを微小回転させてフィルムの張力を変えながらセンサの出力電圧を測定し、この測定結果を用いて張力と出力電圧との関係式を精度よく算出できるので、フィルム搬送装置からフィルムを外さずに張力センサを較正することができる。 As described above, according to the present embodiment, the unwinding roll and the winding roll are locked, and the output voltage of the sensor is measured while changing the film tension by slightly rotating the driving roll on the tension cut roll side. Since the relational expression between the tension and the output voltage can be calculated with high accuracy, the tension sensor can be calibrated without removing the film from the film transport device.
なお、上記では、張力センサの較正からフィルムの巻き取り処理を連続して行う手順も含めて説明したが、実際の運用はこれに限らず、張力センサの較正処理（すなわち張力センサの出力電圧とフィルム張力との対応関係の演算）を単独で実行するようにしても良い。 In the above description, the procedure for continuously performing the film winding process from the calibration of the tension sensor has been described. However, the actual operation is not limited to this, and the tension sensor calibration process (that is, the output voltage of the tension sensor) The calculation of the correspondence relationship with the film tension) may be executed independently.
次に、上記の処理手順に沿って張力センサを較正したときの一実施例による演算結果を示す。下記のステップ番号と処理内容は、図２に対応している。なお、本実施例では、上記ステップＳ４の処理に関連して述べた手法によって、式（７）、式（１２）に代えて、非線形関数を求めている。 Next, the calculation result by one Example when a tension sensor is calibrated along said process sequence is shown. The following step numbers and processing contents correspond to FIG. In the present embodiment, a nonlinear function is obtained in place of Equation (7) and Equation (12) by the method described in relation to the processing in Step S4.
＜ステップＳ１＞フィルム１４がフィルム搬送装置２０に張られた状態で、巻き出しロール５と巻き取りロール６を機械的にロックする。 <Step S1> In a state where the film 14 is stretched on the film conveying device 20, the unwinding roll 5 and the winding roll 6 are mechanically locked.
＜ステップＳ２＞駆動ロール３を図１中、右へ回転させながら、張力センサ１と張力センサ２の出力電圧VTを測定する。このときの測定データ例を表１に示す。なお、表１において、θは駆動ロール３の回転角度、VT1は張力センサ１の出力電圧、VT2は張力センサ２の出力電圧を意味する。
＜ステップＳ３＞上記の表１に示す測定データから一次関数と二次関数の近似式（以下、関数の近似式を「近似関数」という。）を求める。
これらの近似関数は、入力データから自動演算させることもできるし、Excel（登録商標）の機能を利用して求めることもできる。
<Step S3> An approximate expression of a linear function and a quadratic function (hereinafter, an approximate expression of the function is referred to as an “approximate function”) is obtained from the measurement data shown in Table 1 above.
These approximate functions can be automatically calculated from input data, or can be obtained by using a function of Excel (registered trademark).
図３（ａ）は、駆動ロール３の回転角度に対する張力センサ１の出力電圧のグラフである。一次関数で表すと、ｙ＝239.98ｘ−81.103となり、 二次関数で表すと、ｙ＝882.14ｘ＾2−437.42ｘ＋48.399となる。ここで、「＾」はべき乗を意味する。 FIG. 3A is a graph of the output voltage of the tension sensor 1 with respect to the rotation angle of the drive roll 3. When expressed by a linear function, y = 239.98x−81.103, and when expressed by a quadratic function, y = 882.14x ^ 2−437.42x + 48.399. Here, “^” means a power.
図３（ｂ）は、駆動ロール３の回転角度に対する張力センサ２の出力電圧のグラフである。一次関数で表すと、ｙ＝−165.67ｘ＋72.182となり、二次関数で表すと、ｙ＝727.5ｘ＾2−724.31ｘ＋178.98となる。 FIG. 3B is a graph of the output voltage of the tension sensor 2 with respect to the rotation angle of the drive roll 3. When expressed by a linear function, y = −165.67x + 72.182, and when expressed by a quadratic function, y = 727.5x ^ 2−724.31x + 178.98.
＜ステップＳ４＞求めた近似関数と測定データを比較して、より測定データに近い方を近似関数として採用する。なお、評価関数として、たとえばＬ２ノルムを使用することができる。 <Step S4> The obtained approximate function is compared with the measured data, and the one closer to the measured data is adopted as the approximate function. As the evaluation function, for example, an L2 norm can be used.
表２は、張力センサ１の近似関数のＬ２ノルムによる計算結果、表３は、張力センサ２の近似関数のＬ２ノルムによる計算結果である。
本実施例では、Ｌ２ノルムは張力センサ１,２ともに二次関数の方が小さいので、近似関数は張力センサ１,２ともに二次関数を採用する。 In the present embodiment, the L2 norm has a smaller quadratic function for both the tension sensors 1 and 2, and therefore, the approximate function employs a quadratic function for both the tension sensors 1 and 2.
＜ステップＳ５＞フィルム張力と駆動ロールの回転角度の関係式は、上記の式(１)で表される。式(１)記載の回転角度θは、フィルムが自由長のときの、つまり張力がゼロとなっているところからの駆動ロール３の回転角度であり、張力ゼロ時の駆動ロール３の回転角度θ０が分からなければ、式(１)から張力を求めることができない。 <Step S5> The relational expression between the film tension and the rotation angle of the drive roll is expressed by the above formula (1). The rotation angle θ described in the equation (1) is the rotation angle of the driving roll 3 when the film is free length, that is, the position where the tension is zero, and the rotation angle θ of the driving roll 3 when the tension is zero. If 0 is not known, the tension cannot be obtained from equation (1).
このため、ステップＳ４で選択した近似関係から、張力センサ１，２の出力電圧がゼロとなる駆動ロール３の回転角度θ０を求める。なお、この回転角度θ０は、上記の説明では、回転角度θ13（張力センサ１側），回転角度θ14（張力センサ２側）に相当する。 For this reason, the rotation angle θ 0 of the drive roll 3 at which the output voltage of the tension sensors 1 and 2 becomes zero is obtained from the approximate relationship selected in step S4. In the above description, the rotation angle θ 0 corresponds to the rotation angle θ 13 (tension sensor 1 side) and the rotation angle θ 14 (tension sensor 2 side).
表４に、ステップＳ４で採用した二次関数のｙ＝０の解を示す。表４で示している"a,b,c,"は二次関数における、a:x^2、b:x^1、c:x^0の係数である。
この解をもとに、図３（ａ）、図３（ｂ）のグラフにおいて、ｙ＝０となるときの角度θ０を決定する。なお、表４より、解は２つ存在している。回転角度θ０はこのどちらかであり、これを測定範囲（グラフの実線部分）により近い方を解として選択する。 Based on this solution, an angle θ 0 when y = 0 is determined in the graphs of FIGS. 3A and 3B. From Table 4, there are two solutions. The rotation angle θ 0 is either of these, and the one closer to the measurement range (solid line portion of the graph) is selected as a solution.
本実施例では、張力センサ１に対する駆動ロール３の回転角度θ０は「0.329199」、張力センサ２に対する駆動ロール３の回転角度θ０は「0.455479」となる。 In this embodiment, the rotation angle θ 0 of the drive roll 3 with respect to the tension sensor 1 is “0.329199”, and the rotation angle θ 0 of the drive roll 3 with respect to the tension sensor 2 is “0.455479”.
＜ステップＳ６＞ステップＳ５で得られたθ０を用いて、駆動ロール３の回転角度と張力の値を算出する。このとき、フィルムのヤング率等は、予め得られている数値を利用する。表５にフィルム１４の諸条件、表６にその条件下でのフィルム１４の張力を示す。 <Step S6> Using the θ 0 obtained in step S5, the rotation angle and tension value of the drive roll 3 are calculated. At this time, the Young's modulus of the film uses a numerical value obtained in advance. Table 5 shows various conditions of the film 14, and Table 6 shows the tension of the film 14 under the conditions.
なお、表５において、Ｌ１は巻き出しロール５から駆動ロール３までのフィルム長さ、Ｌ２は巻き取りロール６から駆動ロール３までのフィルム長さを意味する。また、表６において、張力１は巻き出しロール５と駆動ロール３の間のフィルム１４の張力、張力２は駆動ロール３と巻き取りロール６の間のフィルム１４の張力である。
＜ステップＳ７＞
これまでの手順で、駆動ロール３の回転角度と張力センサ１，２の出力電圧の関係と、駆動ロール３の回転角度とフィルム張力の値の関係を求めたので、ここから、張力センサ１，２の出力電圧とフィルム張力の関係式T(VT)を算出する。
<Step S7>
The relationship between the rotation angle of the drive roll 3 and the output voltage of the tension sensors 1 and 2 and the relationship between the rotation angle of the drive roll 3 and the value of the film tension have been obtained in the above procedure. The relational expression T (VT) between the output voltage of 2 and the film tension is calculated.
なお、ステップＳ４で近似関数を既に二次関数と選択しているので、関係式T(VT)の近似関数をもう一度選択することはせず、二次関数を関係式T(VT)の関数として選択する。
図４に張力センサ１の出力電圧に対する張力１のグラフ、図５に張力センサ２の出力電圧に対する張力１のグラフを示す。これらのグラフで示される関係式により、張力センサの出力に対応する張力を求める。
Since the approximation function is already selected as the quadratic function in step S4, the approximation function of the relational expression T (VT) is not selected again, and the quadratic function is used as the function of the relational expression T (VT). select.
FIG. 4 is a graph of the tension 1 with respect to the output voltage of the tension sensor 1, and FIG. 5 is a graph of the tension 1 with respect to the output voltage of the tension sensor 2. The tension corresponding to the output of the tension sensor is obtained from the relational expressions shown in these graphs.
１，２ 張力センサ
３ 駆動ロール
４ 張力カットロール
５ 巻き出しロール
６ 巻き取りロール
７，８ センサロール
９，１０，１１ 自由回転ロール
１２，１３ 張力センサバー
１４ フィルム
２０ フィルム搬送装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Tension sensor 3 Drive roll 4 Tension cut roll 5 Unwind roll 6 Take-up roll 7, 8 Sensor roll 9, 10, 11 Free-rotating roll 12, 13 Tension sensor bar 14 Film 20 Film conveyance apparatus
Claims (3)
前記巻き出しロールと前記巻き取りロールを動かないようにロックして、
前記駆動ロールの基準位置からの回転角度（以下、「第１の回転角度」という。）と、当該回転角度のときの前記張力センサの出力電圧を記録し、次に、前記駆動ロールを任意の角度回転させた後の回転角度（以下、「第２の回転角度」という。）と前記張力センサの出力電圧を記録し、
前記記録した各回転角度に対応する前記張力センサの出力電圧をもとに、前記張力センサの出力電圧と前記駆動ロールの回転角度の関係を表す近似式を演算し、当該近似式から前記張力センサの出力電圧が零になるときの前記駆動ロールの回転角度（以下、「第３の回転角度」という。）を算出し、
次に前記第３の回転角度を基準にして前記第１の回転角度または前記第２の回転角度のときのフィルム張力を算出し、当該フィルム張力と前記第１の回転角度または前記第２の回転角度のときの前記張力センサの出力電圧から、前記張力センサの出力電圧に対するフィルム張力の関係式を算出し、当該関係式から所望の張力に対応する前記張力センサの電圧値を算出することを特徴とする張力センサ較正方法。 A tension sensor of a film transport device having a tension cut roll provided with a drive roll between an unwind roll and a take-up roll for transporting a film, wherein the tension sensor is provided between the unwind roll and the drive roll. In the method of calibrating each of the first tension sensor and the second tension sensor provided between the driving roll and the winding roll,
Lock the unwinding roll and the winding roll so as not to move,
The rotation angle from the reference position of the drive roll (hereinafter referred to as “first rotation angle”) and the output voltage of the tension sensor at the rotation angle are recorded. Record the rotation angle after rotating the angle (hereinafter referred to as “second rotation angle”) and the output voltage of the tension sensor,
Based on the output voltage of the tension sensor corresponding to each recorded rotation angle, an approximate expression representing the relationship between the output voltage of the tension sensor and the rotation angle of the drive roll is calculated, and the tension sensor is calculated from the approximate expression. The rotation angle of the drive roll when the output voltage of the output becomes zero (hereinafter referred to as “third rotation angle”),
Next, a film tension at the first rotation angle or the second rotation angle is calculated with reference to the third rotation angle, and the film tension and the first rotation angle or the second rotation are calculated. A relational expression of film tension with respect to the output voltage of the tension sensor is calculated from an output voltage of the tension sensor at an angle, and a voltage value of the tension sensor corresponding to a desired tension is calculated from the relational expression. A tension sensor calibration method.
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