JP2013219852A - Torque control system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は紙、フィルム、糸、ワイヤなどの長尺材の巻出し又は巻取りにおける材料の張力制御や、モータなどの負荷試験装置におけるトルク制御のためのトルク制御システムに関するものである。 The present invention relates to a torque control system for controlling the tension of a material in unwinding or winding a long material such as paper, film, thread, and wire, and controlling torque in a load test apparatus such as a motor.
図15、図16は従来のトルク制御用アクチュエータ制御装置7を用いた張力制御システムの一例である。印刷機やスリッター等の機械においては、製品の加工や仕上がりの問題で、材料の張力を一定に制御することが求められる。材料の張力は、送りモータ9による張力をトルク制御用アクチュエータの一つであるクラッチ・ブレーキ8のトルクにより制御されるが、巻枠33にロール状に巻かれた材料の場合、材料の送り出しと共に巻径が変化するため、張力を一定に保つためには巻径に応じてトルクを変化させる必要がある。
FIGS. 15 and 16 show an example of a tension control system using a conventional torque
上記のように、トルク制御用アクチュエータのトルクを制御することにより材料の張力を制御するが、その方法としては図15のように、材料の張力を荷重センサ23にて実測し、張力が一定となるようフィードバックするフィードバック制御方式と、図16のように、近接スイッチ35を設け、材料の初期径と厚み、回転数から必要トルクを算出するオープンループ制御方式の二つがある(特許文献1を参照)。フィードバック制御方式は張力の制御精度が高い反面、張力を測定するための検出ロール34や荷重センサ23等が必要であり、複雑で高価となるため、比較的安価な機械ではオープンループ制御方式が用いられている。
As described above, the tension of the material is controlled by controlling the torque of the torque control actuator. As shown in FIG. 15, the tension of the material is measured by the
しかしながら、オープンループ制御の場合、上述のように、材料の張力は実測せず、近接スイッチ35で材料の直径を演算して必要なトルクを求めていた。すなわち、図17の(A)式に示すように、1回転毎に直径Dは2δだけ変化するため、直径の変化に合わせてトルクTを変化させることにより張力を一定に制御する方式であるため、制御出力に補正がかからず、トルク制御用アクチュエータのトルク特性がそのまま張力の制御特性となり、正確な張力制御ができないという問題があった。
However, in the case of the open loop control, as described above, the tension of the material is not actually measured, and the necessary torque is obtained by calculating the diameter of the material with the
これに対し、従来、図4に示すように、トルク制御用アクチュエータの一つであるクラッチ・ブレーキのトルク特性の直線性を補正する方法が採用されていた。電流とトルクは理想トルクカーブ(a)のように直線になっていることが望ましいが、実際には(b)のように非線形となっており、低電流域ではトルクが低くなっている。このため、制御精度を高めるには、(c)のように非直線性を補正するような補正電流を与える必要がある。上記特許文献1に示す先行技術では、クラッチ・ブレーキの平均的な特性である代表特性を利用して、(c)のように代表特性の裏返しの曲線となるトルク補正のための補正電流を与えることによりこの非線形性を補正し、トルク特性の非直線性を解消するものである。
In contrast, conventionally, as shown in FIG. 4, a method of correcting the linearity of the torque characteristics of a clutch / brake, which is one of the torque control actuators, has been adopted. Although it is desirable that the current and torque are linear as shown in the ideal torque curve (a), the current and torque are actually non-linear as shown in (b), and the torque is low in the low current region. For this reason, in order to increase the control accuracy, it is necessary to provide a correction current for correcting the non-linearity as shown in (c). In the prior art disclosed in the above-mentioned
しかしながら、トルク制御用アクチュエータの一つであるクラッチ・ブレーキのトルク特性も図5のように個々のクラッチ・ブレーキ毎にバラツキを持つものであり、代表特性に対して大きなバラツキがある。例えば、製品XXX−001は代表特性に近く、上記先行技術を用いてトルク特性の非直線性を解消することは可能であるが、製品XXX−002や製品XXX−003のように代表特性からのズレが大きい場合、代表特性を用いた非線形補正では代表特性からのズレの分だけ精度が悪くなる。以上の通り、トルク特性の非直線性は先行技術を用いて解消できるが、代表特性を用いて補正するために、トルク制御用アクチュエータ製品個々の特性バラツキには対応できないという問題があった。 However, the torque characteristics of a clutch / brake, which is one of the torque control actuators, also vary for each clutch / brake as shown in FIG. 5, and there is a large variation with respect to the representative characteristics. For example, the product XXX-001 is close to the representative characteristic, and it is possible to eliminate the non-linearity of the torque characteristic using the above prior art. However, the product XXX-002 and the product XXX-003 are different from the representative characteristic. When the deviation is large, the non-linear correction using the representative characteristic deteriorates the accuracy by the deviation from the representative characteristic. As described above, the non-linearity of the torque characteristic can be eliminated by using the prior art, but there is a problem that the characteristic variation of each torque control actuator product cannot be accommodated because the correction is made using the representative characteristic.
更に、先に述べたフィードバック制御の場合、張力を実測して目標張力に近づけるよう制御出力を補正するため、トルク制御用アクチュエータ個々の特性バラツキが問題になることはないが、荷重センサには製品個々の検出特性バラツキがあり、これによって、上記と同様に正確な張力検出ができず、その張力検出値を用いて制御する際にも正確さが損なわれる欠点があった。 Furthermore, in the case of the feedback control described above, since the control output is corrected so as to approach the target tension by actually measuring the tension, there is no problem in the characteristic variation of each torque control actuator. There is a variation in individual detection characteristics, which makes it impossible to detect an accurate tension in the same manner as described above, and there is a disadvantage that the accuracy is impaired even when control is performed using the detected tension value.
図9は荷重センサの出力特性の直線性を示すグラフである。出力特性は、理想的には(d)のように直線になっていることが望ましいが、実際には(e)のように非線形となっている。また、図10は荷重センサの出力特性の製品個々のバラツキを示すグラフであり、AAA−001のように理想の出力特性に近いものもあれば、AAA−002のように出力電圧が高いものや、AAA−003のように出力電圧の低いものもあり、荷重センサの出力特性にもバラツキがある。 FIG. 9 is a graph showing the linearity of the output characteristics of the load sensor. Ideally, the output characteristic is desirably a straight line as shown in (d), but in practice, it is nonlinear as shown in (e). FIG. 10 is a graph showing variations in the output characteristics of the load sensor for each product. Some of them are close to the ideal output characteristics such as AAA-001, while those having a high output voltage such as AAA-002. Some of them have a low output voltage such as AAA-003, and the output characteristics of the load sensor also vary.
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、トルク制御用アクチュエータや荷重センサの製品個々の特性バラツキを補正することにより、トルク制御精度を高めることができるトルク制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a torque control system capable of improving torque control accuracy by correcting characteristic variations of individual products of torque control actuators and load sensors. The purpose is to provide.
この発明のトルク制御システムは、トルク制御用アクチュエータあるいは荷重センサと、前記個々のトルク制御用アクチュエータあるいは荷重センサに付随した製品識別手段と、前記製品識別手段の識別データ読込み手段と、個々のトルク制御用アクチュエータあるいは荷重センサとそのトルク特性データとが対応付けられたデータベースと、前記識別データ読込み手段で読込みされた識別データと前記データベースとから前記アクチュエータあるいは荷重センサのトルク特性データを割り出すデータ特定手段と、前記データ特定手段で割り出したトルク特性データに基づいて、トルク補正のための補正電流を演算するトルク制御用アクチュエータ制御装置とを備えたことを特徴とするものである。 The torque control system according to the present invention includes a torque control actuator or load sensor, product identification means associated with the individual torque control actuator or load sensor, identification data reading means of the product identification means, and individual torque control. A database in which the actuator or load sensor is associated with torque characteristic data thereof, data identification means for determining torque characteristic data of the actuator or load sensor from the identification data read by the identification data reading means and the database; And an actuator control device for torque control for calculating a correction current for torque correction based on the torque characteristic data determined by the data specifying means.
この発明によれば、トルク制御用アクチュエータあるいは荷重センサの製品個々の特性バラツキを簡便に補正することができ、トルクの制御精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to easily correct the characteristic variation of each product of the torque control actuator or the load sensor, and to improve the torque control accuracy.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図1〜図6を用いて説明する。図1はこの発明の実施例としてのトルク制御用アクチュエータの制御システム構成図、図2は上記図1のシステム構成における具体的な構成例を示す図、図3は同じくこの発明の実施例において特性データの読込み、転送等、情報のやりとりを行うためのネットワーク接続図、図4はトルク制御用アクチュエータのトルク特性の直線性を補正する方法を示すグラフ、図5はトルク制御用アクチュエータのトルク特性の個々のバラツキを示すグラフ、図6はトルク制御用アクチュエータの製品個々のトルク特性データ例である。
図1において、トルク制御用アクチュエータ1は、先ず出荷試験にて特性データを取得した後、製品識別手段2が付与されて出荷される。このとき取得された特性データはデータベース3に保管される。ユーザはトルク制御用アクチュエータ1に付与された上記製品識別手段2を識別データ読込み手段4を使って読込み、さらにデータ特定手段5により先述のデータベース3へアクセスして特性データを読込む。読込まれた特性データはデータ転送手段6によりトルク制御用アクチュエータ制御装置7に転送される。トルク制御用アクチュエータ制御装置7はこの特性データを元に個々のトルク制御用アクチュエータ1の特性を補正する。
In FIG. 1, the
図2は、実施例のトルク制御用アクチュエータ制御システムの具体的な構成例である。クラッチ・ブレーキ8やモータ9などのトルク制御用アクチュエータ1の特性データ14を取得し、データベース3を作成する。トルク制御用アクチュエータ1にはQRコード(登録商標)10、バーコード11、製造番号12、電子タグ13などの製品識別手段2が付与される。ユーザはコードリーダ15や携帯電話16を使用して識別データを読込む。さらにパソコン17や携帯電話16などのデータ特定手段を使用してデータベース3にアクセスし、識別データに対応した製品の特性データ14を読込む。
FIG. 2 is a specific configuration example of the torque control actuator control system according to the embodiment. The
特性データ14について、図5、図6を用いて説明する。
図5はトルク制御用アクチュエータの製品個々のトルクバラツキを示したグラフであり、トルク特性は製品個々で異なり、XXX−001のように代表特性に近いものもあれば、XXX−002のようにトルクが高いもの、XXX−003のようにトルクが低いものなどバラツキがある。これを数値化したものが図6であり、特性データには、形名、製造番号、定格電流、抵抗値、定格トルク、各電流に対応した伝達トルク(%)などが含まれる。
The
FIG. 5 is a graph showing the torque variation of each product of the torque control actuator. The torque characteristics are different for each product, and there are some similar to the representative characteristics such as XXX-001, and torque such as XXX-002. There are variations such as those with high torque and those with low torque such as XXX-003. FIG. 6 is a numerical representation of this, and the characteristic data includes model name, serial number, rated current, resistance value, rated torque, transmission torque (%) corresponding to each current, and the like.
図2にて読込まれた特性データ14は、メモリカード18、ケーブル19、無線20などのデータ転送手段6により張力制御装置21や電源装置22などのトルク制御用アクチュエータ制御装置7に転送される。トルク制御用アクチュエータ制御装置7は、この特性データ14に基づいて、図4の(c)に示す補正電流を演算し、この補正電流にてトルク制御用アクチュエータを運転する。
The
次に、特性データを読込むためのネットワーク接続方法について図3を用いて説明する。
図3にて、出荷試験装置27で測定された特性データはデータサーバ3aに保管される。その後、インターネット等により外部に接続されたWebサーバ3bへと転送される。ユーザはパソコン17や携帯電話16などを利用してこのWebサーバ3bへ接続することで、特性データを読み込み、トルク制御用アクチュエータ制御装置7に転送して利用することが可能となる。なお、トルク制御用アクチュエータ制御装置7にEtherNet等のネットワーク機能を持たせることで、トルク制御用アクチュエータ制御装置7から直接Webサーバ3bにアクセスして特性データを取り込むことも可能である。また、ネットワーク接続されたシーケンサ等を介して特性データを取り込むことも可能である。
以上のように、トルク制御用アクチュエータの製品個々の特性を読込んで、製品個々の特性バラツキを補正することにより、トルクの制御精度を向上させることが可能である。
Next, a network connection method for reading characteristic data will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the characteristic data measured by the
As described above, it is possible to improve the torque control accuracy by reading the characteristics of individual products of the torque control actuator and correcting the characteristic variations of the individual products.
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2について、図7〜図11を用いて説明する。
図7はフィードバック制御方式の場合の荷重センサにこの発明を応用した場合のシステム構成図、図8は上記図7のシステム構成における具体的な構成例を示す図、図9は荷重センサの出力の直線性を示すグラフ、図10は荷重センサの出力特性の製品個々のバラツキを示すグラフ、図11は荷重センサの製品個々の特性データ例である。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
7 is a system configuration diagram when the present invention is applied to a load sensor in the case of the feedback control system, FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration example in the system configuration of FIG. 7, and FIG. 9 is an output of the load sensor. 10 is a graph showing linearity, FIG. 10 is a graph showing variations in output characteristics of the load sensor, and FIG. 11 is an example of characteristic data of each product of the load sensor.
図7において、荷重センサ23は、出荷試験にて特性データを取得した後、製品識別手段2が付与され出荷される。このとき取得された特性データはデータベース3に保管される。ユーザは荷重センサ23に付与された製品識別手段2を識別データ読込み手段4を使って読込み、さらにデータ特定手段5により先述のデータベース3へアクセスして特性データを読込む。読込まれた特性データはデータ転送手段6によりトルク制御用アクチュエータ制御装置7に転送される。トルク制御用アクチュエータ制御装置7はこの特性データを元に荷重センサ23の特性を補正する。
In FIG. 7, the
図8は、その場合の具体的な構成例であり、先ず、トルク検出器30、荷重検出器31、張力検出器32などの荷重センサ23の特性データ14を取得し、データベース3を作成する。荷重センサ23にはQRコード10、バーコード11、製造番号12、電子タグ13などの製品識別手段2が付与される。ユーザはコードリーダ15や携帯電話16などを使用して識別データを読込む。さらにパソコン17や携帯電話16などのデータ特定手段5を使用してデータベース3にアクセスし、識別データに対応した製品の特性データ14を読込む。
FIG. 8 shows a specific configuration example in that case. First, the
特性データについて、図10、図11を用いて説明する。
図11は、荷重センサの製品個々の出力特性のバラツキを示したグラフである。荷重センサの出力特性は製品個々で異なり、AAA−001のように代表特性に近いものもあれば、AAA−002のように出力電圧の高いもの、AAA−003のように出力電圧の低いものなどバラツキがある。これを数値化したものが図11であり、特性データには、形名、製造番号、定格荷重、100%出力電圧、各荷重に対応した出力電圧などが含まれる。
The characteristic data will be described with reference to FIGS.
FIG. 11 is a graph showing variations in output characteristics of individual load sensor products. The output characteristics of the load sensor are different for each product. Some of the output characteristics are close to the representative characteristics such as AAA-001, high output voltage such as AAA-002, and low output voltage such as AAA-003. There is variation. FIG. 11 shows this in numerical form, and the characteristic data includes the model name, serial number, rated load, 100% output voltage, output voltage corresponding to each load, and the like.
図8に戻り、上記のように読込まれた特性データ14は、メモリカード18、ケーブル19、無線20などのデータ転送手段6により張力制御装置21や電源装置22などのトルク制御用アクチュエータ制御装置7に転送される。トルク制御用アクチュエータ制御装置7は、この特性データ14に基づいて、荷重センサの出力を補正し、この補正出力に基づいてトルク制御用アクチュエータを運転する。
以上のように、荷重センサの製品個々の出力特性データを読込んで、製品個々の特性バラツキを補正することにより、トルク制御精度を向上させることが可能となる。
Returning to FIG. 8, the
As described above, it is possible to improve the torque control accuracy by reading the output characteristic data of each product of the load sensor and correcting the characteristic variation of each product.
実施の形態3.
この実施例はトルク制御用アクチュエータ1および荷重センサ23の両方の製品特性データを読み込むことができるようにすると共に、上記トルク制御用アクチュエータ1および荷重センサ23に形名、製造番号と共に、データベースの保管場所を示すWebアドレス24を製品識別手段2にて表示するようにしたものである。
In this embodiment, the product characteristic data of both the
以下、図12を用いて説明する。
図12は製品識別手段からデータベースにアクセスして特性データを読込む場合の構成図であり、トルク制御用アクチュエータ制御装置7にトルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の特性データを取り込む場合の実例を示したものである。トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23には形名、製造番号と共に、データベースの保管場所を示すWebアドレス24を、製品識別手段2であるQRコード10または電子タグ13にて表示する。
Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram when the characteristic data is read by accessing the database from the product identification means, and an actual example when the characteristic data of the
ユーザは携帯電話16またはパソコン17を使ってQRコード10または電子タグ13の識別データを読込むことで、QRコード10または電子タグ13に示されたWebアドレス24を手がかりにデータベース3にアクセスし、データベースから当該トルク制御用アクチュエータ1の特性データ14を読込む。
The user reads the identification data of the
従って、ユーザは、ケーブル19や無線20などを使い、読込んだ特性データ14をトルク制御用アクチュエータ制御装置7へ読込むことにより、トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の両方の特性を補正することができるので、トルクの制御精度を向上させることが可能である。
また、この実施の形態3によれば、データベースの保管場所を示すWebアドレス24を、トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23に製品識別手段2として表示するようにしたので、識別データ読み込み手段4およびデータ転送手段5によるデータ読み込みが簡単になる。
Therefore, the user corrects the characteristics of both the
Further, according to the third embodiment, the
実施の形態4.
以下、この発明の形態4について、図13を用いて説明する。
図13は、実施例の製品識別手段から特性データを直接読込む場合の構成図である。先ず、トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の特性データ14をデータベース化する。製品識別手段2をQRコード10または電子タグ13とし、QRコード10または電子タグ13自体に製品個々の特性データ14を持たせる。特性データ14は携帯電話16またはパソコン17を使用して直接、製品識別手段2から読込み、ケーブル19または無線20にてトルク制御用アクチュエータ制御装置7へ転送される。トルク制御用アクチュエータ制御装置7は、この特性データ14を元にトルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の特性バラツキを補正する。
Hereinafter,
FIG. 13 is a configuration diagram when characteristic data is directly read from the product identification unit of the embodiment. First, the
この実施の形態4によれば、製品識別手段2自体に特性データ14を持たせることで、データベース3へアクセスすることなく製品識別手段2から直接特性データ14を読込むことができるため、特性データ読込みの手間を簡略化することが可能である。
According to the fourth embodiment, the
実施の形態5.
以下、この発明の形態5について、図14を用いて説明する。
図14は製品識別手段を製品の成績書26とした場合である。
トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の特性データ14を成績書26として製品に添付し、ユーザが制御装置7に特性データ14を入力することにより、トルク制御用アクチュエータ1、荷重センサ23の特性バラツキを補正することは可能である。この場合、ユーザでのデータ入力の手間は増えるが、QRコードや電子タグ等が不要となるため、大きな設備投資やシステムの変更もなく実現可能である。
Hereinafter,
FIG. 14 shows a case where the product identification means is a
The
1 トルク制御用アクチュエータ、 2 製品識別手段、 3 データベース、
3a データサーバ、 3b Webサーバ、 4 識別データ読込み手段、
5 データ特定手段、6 データ転送手段、7 トルク制御用アクチュエータ制御装置、
8 クラッチ・ブレーキ、 9 モータ、 10 QRコード、 11 バーコード、
12 製造番号、 13 電子タグ、 14 特性データ、 15 コードリーダ、
16 携帯電話、 17 パソコン、 18 メモリカード、 19 ケーブル、
20 無線、 21 張力制御装置、 22 電源装置、 23 荷重センサ、
24 Webアドレス、 26 成績書、 30 トルク検出器、 31 荷重検出器、
32 張力検出器、33 巻枠、 34 検出ロール、 35 近接スイッチ。
1 Actuator for torque control, 2 Product identification means, 3 Database,
3a data server, 3b web server, 4 identification data reading means,
5 data identification means, 6 data transfer means, 7 actuator control device for torque control,
8 Clutch / Brake, 9 Motor, 10 QR code, 11 Bar code,
12 serial number, 13 electronic tag, 14 characteristic data, 15 code reader,
16 mobile phone, 17 PC, 18 memory card, 19 cable,
20 wireless, 21 tension control device, 22 power supply, 23 load sensor,
24 Web address, 26 Report, 30 Torque detector, 31 Load detector,
32 tension detector, 33 reel, 34 detection roll, 35 proximity switch.
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