JP2022038908A - 巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出できる巻き線装置を提供する。【解決手段】ボビン２１が取り付けられる主軸１１と、主軸１１を回転させることでボビン２１に線条材料を巻き付ける巻回部と、主軸１１に沿うトラバース方向に沿って、所定の距離範囲内の計測領域Ｒにおけるボビン２１に巻き付けられた線条材料の表面形状に対応する情報を取得する非接触センサ１６と、非接触センサ１６と主軸１１との距離を変更する位置変更機構１７と、ボビン２１の姿勢に応じて位置変更機構１７により非接触センサ１６と主軸１１との距離を調整する制御部と、を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、線条材料を主軸に巻き取る巻線装置に関する。

従来、線条材料を主軸に取り付けたボビンに巻き取ってコイル状にするための装置が用いられている。このような装置としては、例えば変圧器などに用いられる巻線を製造するために用いられる、巻線装置がある（例えば、下記特許文献１参照）。このような巻線装置は、主軸とともに回転するボビンに対してトラバース機構を用いて線条材料を送り出すことができるものである。

特開２００１－２６７１６９号公報

線条材料を主軸に取り付けたボビンなど（以下、単に主軸ということもある）に巻き取る場合において、主軸に巻いた線条材料が巻回途中で交差したり隣の線に乗り上げたりピッチ飛びが発生するというような不良巻回状態（線乗りエラーということがある）になることがある。例えば整列巻きなどを行う場合において、このような不良巻回状態になることは好ましくない。そのため、このような不良巻回状態になったことを確実に発見する必要がある。不良巻回状態になったら、例えば線状材料の一部分を巻き戻したうえでまき直す必要があるためである。

ところで、一般に、測定対象物の凹凸を測定するために、例えばインラインプロファイル測定器などの非接触計測手段が用いられる場合がある。インラインプロファイル測定器は、ラインレーザを測定対象に照射し、その反射光から断面形状を取得する測定器である。インラインプロファイル測定器は、センサヘッドから所定の距離範囲内の測定対象領域について、計測を行うことができるものである。

しかしながら、このような、センサから所定の距離範囲内を測定対象とする非接触計測手段を、線条材料をボビンに巻き取る場合に用いることができない場合があった。すなわち、不良巻回状態を確実に発見するためにはボビン周長にわたって計測を行う必要があるが、例えば、変圧器等に用いられているような矩形形状のボビンが用いられるような場合には、ボビンの回転姿勢（回転位相）によって、非接触計測手段とボビンに巻回されている線条材料の外周面との距離が異なることになる。ボビンの回転姿勢によって、非接触計測手段とボビンに巻回されている線条材料の外周面との距離が所定の距離範囲から外れてしまうと、適切に不良巻回状態を発見することができないという問題がある。

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、ボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出することができる巻線装置を提供することを目的とする。

本第一の発明の巻線装置は、ボビンが取り付けられる主軸と、主軸を回転させることでボビンに線条材料を巻き付ける巻回部と、主軸に沿うトラバース方向に沿って、所定の距離範囲内の計測領域におけるボビンに巻き付けられた線条材料の表面形状に対応する情報を取得する非接触センサと、非接触センサと主軸との距離を変更する位置変更機構と、ボビンの姿勢に応じて位置変更機構により非接触センサと主軸との距離を調整する制御部とを備える、巻線装置である。

かかる構成により、非接触センサと主軸との距離を調整することでボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出することができる。

また、本第二の発明の巻線装置は、第一の発明に対して、制御部は、巻回部により主軸を回転させる制御を行うと共に、主軸の回転角度に同期させて非接触センサと主軸との距離を調整する、巻線装置である。

かかる構成により、簡素な構成で、非接触センサと主軸との距離を確実に調整することができる。

また、本第三の発明の巻線装置は、第一又は二の発明に対して、ボビンの線条材料が巻き付けられる部位は、トラバース方向に対して垂直な断面において略矩形状をなす４つの面を有するように構成されており、制御部は、線条材料が１層分だけ巻回される度に、主軸を９０度ずつ回転させながら、４つの面のそれぞれの上における線条材料の表面形状に対応する情報を取得する、巻線装置である。

かかる構成により、ボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことをより確実に検出することができる。

また、本第四の発明の巻線装置は、第一から三のいずれか１つの発明に対して、非接触センサは、計測領域内で、トラバース方向に対して垂直な方向の凹凸があることを検出し、制御部は、非接触センサにより凹凸があることが検出された場合に検出時動作を行う、巻線装置である。

かかる構成により、線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出し、検出時動作を自動的に実行させることができる。

また、本第五の発明の巻線装置は、第四の発明に対して、非接触センサは、計測領域のうち所定のマスク領域を除いた領域において、凹凸があることの検出を行う、巻線装置である。

かかる構成により、トラバース方向において部分的に凹凸がある形状を有するボビンを用いる場合であっても、線条材料の不良巻回状態が発生したことを適切に検出することができる。

本発明による巻線装置によれば、ボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出することができる。

本発明の実施の形態に係る巻線装置の正面図 同巻線装置の平面図 同検査装置を示す側面図 同検査装置を示す正面図 同検査装置の計測領域について説明する図 同非接触センサにより取得される情報の一例を示す第１のグラフ 同非接触センサにより取得される情報の一例を示す第２のグラフ 同非接触センサによる検出位置を説明する図 同巻線装置の動作を示すフローチャート 同巻線装置が行う検査動作の一例を示すフローチャート

以下、巻線装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

なお、以下において、巻線装置の巻回部の主軸の回転軸を主軸ということがあり、当該回転軸に沿う方向を「トラバース方向」、回転軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、径方向すなわち回転軸に直交する方向のうち水平面に垂直な方向を「上下方向（図１における上側が「上」）」、とそれぞれ称することがある。また、線条材料の搬送経路上の一の基点に対して、主搬送方向において下流側にある点を「後段」と称し、上流側にある点を「前段」と称することがある。なお、これらの呼び方は、実施の形態における巻線装置自体の構成を説明の便宜のために定義したものにすぎず、本発明に係る巻線装置の使用態様などについて、何ら限定するものではない。

（実施の形態）

巻線装置は、ボビン（巻枠ということもある）が取り付けられている主軸を回転させるとともに、主軸に平行なトラバース方向において、線条材料をボビンに送り出すヘッド部とボビンとの相対的な位置関係を変化させることにより、ボビンに線条材料を巻き付けるように構成されている。本実施の形態において、巻線装置は、所定の距離範囲内の断面形状に対応する情報を取得する非接触計測手段である非接触センサと、ボビンの姿勢に応じて非接触センサと主軸との距離を変更する位置変更機構とを備えている。ここで、巻線装置の制御部は、巻回部の動作を制御して主軸を回転させると共に、主軸の回転角に応じて非接触センサと主軸との距離を調整する。

なお、本実施の形態において、ボビンは矩形状であり、１層分の巻回を行う毎に、主軸を９０度回転させながら４つの辺のそれぞれの表面形状に対応する情報を取得される。非接触センサは、計測領域内で、トラバース方向に対して垂直な方向の凹凸があることを検出する。好ましくは、制御部は、凹凸があることが検出された場合に検出時動作を行う。ここで非接触センサは、計測領域のうち所定のマスク領域を除いた領域において、凹凸があることの検出を行う。以下、このように構成されている巻線装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る巻線装置１の正面図である。図２は、同巻線装置１の平面図である。

図１において、前から見た巻線装置１が示されている。図１及び図２の右端に設けられた供給源９９から、巻線装置１に、線条材料Ｌが巻線装置１に供給されるが、その部位の詳細な図示は簡略化されている。なお、線条材料Ｌとしては、絶縁被膜を有する銅線が用いられるが、これに限られるものではない。例えば、その他の導線であってもよいし、金属板など帯状の材料であってもよい。また、導線でないものであってもよい。

図１及び図２に示されるように、巻線装置１は、大まかに、制御部２と、操作入力部６と、巻回部１０と、巻戻し装置３０と、線掛け部５０と、トラバース部６０とを備える。

巻回部１０は、主軸１１を有している。巻回部１０は、主軸１１を回転させることで、線条材料を巻き付けるためのボビン２１を回転させて、ボビン２１に線条材料Ｌを巻き付ける（巻回する、巻き回すなどということもある。）。巻戻し装置３０は、後述のように、主軸１１に巻き付けられた線条材料Ｌの一部を巻き戻すための部位である。トラバース部６０は、ボビン２１に線条材料Ｌを送り出す部位であって、巻回部１０に連動して動作する。

制御部２は、後述のように、操作入力部６により受け付けられた作業者による操作やその他の取得した情報に基づいて、巻線装置１の各部の動作を制御する。

操作入力部６は、例えば種々の操作ボタンやスイッチ等が配置された操作パネルであり、作業者による操作が入力される部位である。なお、操作入力部６は、テンキーやキーボードやマウスやタッチパネル等を利用して構成されているものなど、何でもよい。操作入力部６に入力された操作は、例えば、制御部２により受け付けられる。なお、巻線装置１に通信可能に接続された他の装置において受け付けられた操作に基づく信号等を受信することにより、制御部２が当該操作を受け付けることができるように構成されていてもよい。

制御部２は、格納部３を備える。

格納部３は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。格納部３には、所定の設定情報が格納されている。所定の設定情報は、例えば、一の巻線２０を製造する場合の巻回部１０及びトラバース部６０のそれぞれを同期させてシーケンス制御を行うための制御プログラムであるが、これに限られない。所定の設定情報は、例えば、一の巻線２０を製造する場合における、巻回部１０や巻戻し装置３０を含む巻線装置１の各部を同期させてシーケンス制御を行うための制御プログラムであってもよい。また、制御プログラムにより利用されるパラメータ（例えば、巻線の回転数（巻数）や、線条材料Ｌの径寸法や、後述のようなヘッド部９０を変位させる位置や主軸の回転角や、検査装置１５の動作に関する、ボビン２１の形状に関する情報などの情報などであるが、これに限られない）等が設定情報として格納されていてもよい。

なお、格納部３に設定情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して設定情報が格納部３で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された設定情報が格納部３で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力された設定情報が格納部３で記憶されるようになってもよい。

制御部２は、例えば、プログラマブルロジックコントローラであるが、これに限られない。制御部２は、その他のＭＰＵやメモリ等から実現されうるコンピュータ等であってもよい。制御部２の処理手順は、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されていてもよいし、ハードウェア（専用回路）で実現されていてもよい。

制御部２は、例えば、格納部３から読み出した設定情報に基づいてシーケンス制御を行うことにより、主軸１１を回転させる制御や、ボビン２１とヘッド部９０との相対的な位置関係を変化させる制御や、後述のように、巻戻し装置３０と主軸１１とを動作させて、線条材料Ｌの巻戻し動作を実行させる制御などを行う。

巻回部１０は、主軸１１を備える。

本実施の形態において、主軸１１は、後端部において巻回部１０の本体に支持されている。主軸１１は、前方に突出する片持ち梁状に構成されている。主軸１１は、例えば、巻回部１０に設けられているモータ（図示せず）の駆動力により回転する。本実施の形態においては、主軸１１は、線条材料Ｌを巻き上げる際には、図１に矢印Ｒ１で示される方向に回転するが、これに限られない。なお、線条材料Ｌを巻き上げる際の主軸１１の回転方向を正転と呼ぶことがあり、これと逆の方向となる主軸１１の回転方向を逆転と呼ぶことがある。

主軸１１には、巻線２０のボビン２１が取り付けられる。ボビン２１は、線条材料Ｌが巻き付けられる部分であり、例えば樹脂等の絶縁体で構成されている。ボビン２１は、主軸１１の前方から主軸１１の前端部近傍に配置された状態で、主軸１１に対して回転しないようにして固定される。すなわち、ボビン２１は、主軸１１と共に回転する。なお、２以上のボビン２１が互いに同軸に並んで主軸１１に取り付けられており、２以上の巻線２０が同時に製造されるようにしてもよい。

本実施の形態において、巻回部１０は、検査装置１５を備えている。検査装置１５は、主軸１１に取り付けられているボビン２１の下方に位置するように配置されている。検査装置１５の詳細については、後述する。

トラバース部６０は、移動フレーム６１と、ボールねじ６３と、支持台６５と、ヘッド部９０とを備える。トラバース部６０は、ボビン２１に巻き上げられる線条材料Ｌをヘッド部９０に向けて導く。本実施の形態において、トラバース部６０は、トラバース方向においてボビン２１に対するヘッド部９０を変位させる。トラバース部６０の動作は、制御部２によって、巻回部１０の動作と同期して行われるように制御される。

移動フレーム６１は、例えば、略水平の板状部を有している。移動フレーム６１は、支持台６５の上方に配置されており、支持台６５に対してトラバース方向に変位可能である。移動フレーム６１は、レールを介して、支持台６５に対してトラバース方向にスライド可能である。本実施の形態においては、トラバース方向が移動方向となるように配置されたボールねじ６３によって、移動フレーム６１がトラバース方向に変位するように構成されている。なお、ボールねじ６３は、制御部２による制御動作（駆動電流の供給など）に従って動作する図示しないモータ等により駆動されるが、これに限られない。

移動フレーム６１には、ヘッド部９０が、線条材料Ｌの搬送経路に沿って配置されている。ヘッド部９０は、移動フレーム６１とともに、トラバース方向に変位可能に配置されている。すなわち、トラバース部６０は、巻回部１０に対して、ヘッド部９０をトラバース方向に変位させることができるように構成されている。

ヘッド部９０は、ヘッドローラ９１を備える。ヘッドローラ９１は、線条材料Ｌをボビン２１に向けて送り出す。

なお、トラバース部６０には、例えば、線条材料Ｌの一部分の被膜を剥離する被膜除去装置や、線条材料Ｌを切断するための切断装置など、他の装置がさらに設けられていてもよい。

線掛け部５０は、供給源９９から引き出された線条材料Ｌが掛けられる部位である。線掛け部５０は、下流において主軸に巻き取られる線条材料Ｌの張り具合を調整する機構である。本実施の形態において、線掛け部５０は、移動フレーム６１と供給源９９との間に配置されている。線掛け部５０は、例えば、供給源９９から引き出される線条材料Ｌについて接触するように配置された複数のローラを有している。また、線掛け部５０には、テンショナ５５が設けられている。これらのローラやテンショナ５５により、線掛け部５０とトラバース部６０との間において線条材料Ｌが適切な撓み具合（テンション）を保ち、安定して線条材料Ｌが搬送されるように構成されている。

供給源９９は、例えば、巻線２０の材料としての線条材料Ｌがスプールに巻き付けられたものや、線条材料Ｌがコイラーなどにより集積されてなる束である。なお、供給源９９は、これに限られず、巻線装置１に対して線条材料Ｌを供給可能に構成された他のシステム又は装置等であってもよい。

巻戻し装置３０は、例えば、線条材料Ｌを挟み込むことが可能なローラ対と、ローラ対を駆動するための駆動部３１とを備える。駆動部３１は、例えばモータである。本実施の形態において、巻戻し装置３０は、線掛け部５０の前段に設けられている。

巻戻し装置３０は、例えば、制御部２の制御に基づいて、線条材料Ｌを挟んだローラ対を、駆動部３１により回転させることにより、線条材料Ｌを上流に向けて送る巻戻し動作を行うことができる。巻戻し動作は、巻回部１０により主軸１１を逆転させながら行われるが、これに限られず、主軸１１を外力により回転自在な状態にして行われてもよい。

次に、検査装置１５について説明する。

図３は、同検査装置１５を示す側面図である。図４は、同検査装置１５を示す正面図である。

図３及び図４において、検査装置１５以外の巻回部１０を構成する部分の図示は、一部を除いて省略されている。

検査装置１５は、大まかに、非接触センサ１６と、位置変更機構１７と、第二直動機構１８とを備える。主軸１１やボビン２１に対向する検査装置１５の上部には、天板１５ｂが配置されている。天板１５ｂは、巻回部１０の筐体に対して固定されている。

位置変更機構１７及び第二直動機構１８は、天板１５ｂに対して、非接触センサ１６を変位させることができる。すなわち、検査装置１５が位置変更機構１７と第二直動機構１８とを有していることにより、非接触センサ１６は、主軸１１に対して変位可能である。なお、第二直動機構１８は設けられていなくてもよい。

位置変更機構１７は、モータ１７１と、ボールねじ１７３と、モータ１７１とボールねじ１７３とを接続するカップリング１７２とを備える。また、位置変更機構１７は、非接触センサ１６を支持する可動支持部材１７４と、モータ１７１及びボールねじ１７３のシャフト等を支持するフレーム１７５等を備える。ボールねじ１７３のナットには、可動支持部材１７４を介して非接触センサ１６が取り付けられている。

位置変更機構１７は、非接触センサ１６と主軸１１との距離を変更する。位置変更機構１７を、第一直動機構と呼んでもよい。本実施の形態において、位置変更機構１７は、非接触センサ１６を上下方向に変位させる。例えば、可動支持部材１７４は、フレーム１７５に対して、ボールねじ１７３のナットとともに上下方向に変位可能になるように、フレーム１７５に固定されているレール上を摺動可能である。換言すると、位置変更機構１７は、非接触センサ１６を、上下方向に変位可能に支持している。位置変更機構１７により、ボビン２１と非接触センサ１６との距離が適切になるように、非接触センサ１６の位置を調整することができる。

なお、位置変更機構１７は、このようなボールねじ１７３を用いた構成に限られない。モータ１７１を用いて駆動されるその他の直動機構を用いたものであってもよい。また、位置変更機構１７は、例えば、エアシリンダや油圧シリンダ等の流体シリンダを用いた直動アクチュエータや、ソレノイド等の電磁力により動作する直動アクチュエータなど、他種の動力源や機構を用いたものであってもよい。

また、位置変更機構１７は、非接触センサ１６を支持するものに限られず、相対的に非接触センサ１６と主軸１１との距離を変更可能に構成されていればよい。例えば、巻回部１０の筐体に対して主軸１１の位置を変更可能に構成されていてもよい。

第二直動機構１８は、モータ１８１とボールねじ１８３とを備える。ボールねじ１８３のナットには、位置変更機構１７のフレーム１７５が取り付けられている。位置変更機構１７のフレーム１７５は、天板１５ｂに設けられたレール１８ｃに沿って、ボールねじ１８３のナットと共に、トラバース方向に変位可能である。すなわち、第二直動機構１８は、トラバース方向において、非接触センサ１６とボビン２１との距離を変更する。位置変更機構１７は、非接触センサ１６を、上下方向に変位可能に支持している。第二直動機構１８により、トラバース方向において、ボビン２１に対する非接触センサ１６の位置が適切になるように、非接触センサ１６の位置を調整することができる。

このように位置変更機構１７や第二直動機構１８が設けられていることにより、寸法等の使用が異なる複数種類の巻線２０の巻回時に、非接触センサ１６を適正な位置に配置して用いることができる。なお、このような位置変更機構１７や第二直動機構１８は、制御部２によってモータ１７１やモータ１８１が駆動されるように構成されていればよい。

非接触センサ１６は、例えば、レーザ光を照射することにより、レーザ光の照射面の形状に対応する情報を得ることができるインラインプロファイル測定器である。非接触センサ１６は、情報を得ることができる対象領域となる、所定の計測領域Ｒを有している。本実施の形態において、非接触センサ１６は、所定の距離範囲内の計測領域Ｒにおける、ボビン２１に巻き付けられた線条材料Ｌの表面形状（すなわち、巻回中の巻線２０の表面形状）に対応する情報を取得する。換言すると、非接触センサ１６は、線条材料Ｌの表面形状を検出する。取得される表面形状に対応する情報は、主軸１１に沿うトラバース方向に沿ったものである。すなわち、非接触センサ１６は、計測領域Ｒにおいて、巻回中の巻線２０の断面の外周縁の形状を検出することができる。なお、ここで情報とは、特定の形式の情報に限られず、線条材料Ｌの表面形状の検知結果を示しうるものであればなんでもよい。

本実施の形態において、非接触センサ１６は、計測領域Ｒ内で、トラバース方向に対して垂直な方向に凹凸があることを検出する。凹凸とは、巻線２０の巻回層の表面から突出したり凹んでいたりする部分をいい、突出部や起伏部などと呼んでもよい。すなわち、非接触センサ１６は、巻回中の巻線２０の断面の外周縁の形状において、他の部分から径方向（一例として、上下方向）に突出したり径方向に凹んだりする部分がある場合に、それを検出する。非接触センサ１６は、例えば、計測領域Ｒ内で計測された巻線２０の断面の外周縁の位置（例えば、非接触センサ１６からの距離）の平均値に対して、当該外周縁の位置が所定の閾値以上離れている地点があるとき、凹凸があることを検出する。なお、凹凸があることの判定方法はこれに限られない。

図５は、同検査装置１５の計測領域Ｒについて説明する図である。

図５においては、図４のＡ－Ａ線断面が示されている。ボビン２１の図示は、説明のため簡略化されている。図５に示されるように、本実施の形態において、非接触センサ１６は、計測領域Ｒのうち、所定のマスク領域Ｍを除いた対象領域Ｒ２において、凹凸があることの検出を行う。すなわち、非接触センサ１６は、トラバース方向にわたって所定の範囲における、非接触センサ１６から所定の第１の距離だけ離れた位置から第２の距離だけ離れた位置までの領域を、形状を取得可能な計測領域Ｒとするものである。そして、非接触センサ１６は、この計測領域Ｒのうち、予め設定されたマスク領域Ｍを除いた部分の領域を、実際に凹凸があることの検出について対象とする領域である対象領域Ｒ２とする様に設定されている。換言すると、非接触センサ１６においては、対象領域Ｒ２としないマスク領域Ｍが予め設定されている。

なお、本実施の形態において、ボビン２１には、収容部２１１と、テーパ部２１２と、仕切り２１５とが設けられている。

収容部２１１は、ボビン２１の外周にわたって設けられた部位であり、そのトラバース方向の両端には、巻回される線条材料Ｌを収容部２１１に留めるための壁部が設けられている。線条材料Ｌは、トラバース方向両端の壁部間の収容部２１１に巻回される。

テーパ部２１２は、収容部２１１の外周面のうち、トラバース方向の一部に設けられている、トラバース方向に行くにつれて外周面の外径が徐々に大きくなるように構成された部位である。

仕切り２１５は、トラバース方向において収容部２１１を２以上に分割するための突出部である。

本実施の形態において、マスク領域Ｍは、ボビン２１の断面形状に対応する形状に設定されている。すなわち、例えば、図５に示されるように、マスク領域Ｍは、テーパ部２１２や、仕切り２１５を含む領域に設定される。これにより、テーパ部２１２や、仕切り２１５が、対象領域Ｒ２に含まれないこととなる。したがって、非接触センサ１６は、収容部２１１の外側に巻回された巻線２０の外周面の形状に対応する情報のみを取得可能である。

図６は、同非接触センサ１６により取得される情報の一例を示す第１のグラフである。図７は、同非接触センサ１６により取得される情報の一例を示す第２のグラフである。

図６及び図７は、それぞれ同様の方法により示されている。図の上下方向は、非接触センサ１６と、スキャンのためのレーザ光が照射された部位との距離に対応する。また、図の左右方向は、トラバース方向に対応する。図６には、正常に巻回されている巻線２０の表面形状に対応する情報が示されている。他方、図７には、整列巻き状態が適正ではない、線条材料Ｌの線乗りエラー（線が他の線に乗り上げたり線が交差したりした状態）が発生している巻線２０の表面形状に対応する情報が示されている。

図６に示されるように、正常に巻回されている状態においては、対象領域Ｒ２で計測された最外層の線状部材Ｌの表面が、略フラットになっている。

他方、図７に示されるように、線乗りエラーが発生している状態においては、対象領域Ｒ２で計測された最外層の線状部材Ｌの一部に、トラバース方向に対して垂直な方向の凹凸が発生している。非接触センサ１６は、例えば、対象領域Ｒ２における巻線２０の断面の外周縁の位置の平均値に対して、当該外周縁の位置が所定の閾値以上離れている地点があるとき、凹凸があることを検出する。換言すると、図７に寸法線で示されるように、対象領域Ｒ２における巻線２０の断面の外周縁の位置の平均値と、最も非接触センサ１６から近い（又は離れた）外周縁の位置との距離が所定の閾値以上であれば、非接触センサ１６により凹凸があることが検出される。

制御部２は、ボビン２１の姿勢（回転位相）に応じて、位置変更機構１７により、非接触センサ１６と主軸１１との距離を調整する。本実施の形態において、制御部２は、巻回部１０により主軸１１を回転させる制御を行うと共に、主軸１１の回転角度に同期させて、非接触センサ１６と主軸１１との距離を調整する。制御部２は、非接触センサ１６による巻線２０の表面形状の検出を行う場合において、常に非接触センサ１６と主軸１１との距離が略一定となるように、非接触センサ１６の位置を調整する。

このような制御は、例えば、制御部２が、ボビン２１の形状に関する情報と、ボビン２１の回転角とを取得し、取得した情報に基づいて位置変更機構１７の動作を制御することにより行うことができる。例えば、制御部２は、ボビン２１の回転角度によって得られる主軸１１と、巻回中の巻線２０の外周面（整列巻き面）との間の距離を逐次演算し、その演算結果に基づいて位置変更機構１７のフィードバック制御を行うことで、非接触センサ１６のセンサヘッドと整列巻き面との間の距離とを同期させる制御を行うことができる。主軸１１に取り付けられているボビン２１の形状に関する情報は、例えば、格納部３に予め格納されていればよいが、これに限られない。なお、制御部２は、ボビン２１の収容部２１１の外周縁と天板１５ｂとの距離を計測する測距センサを用いて、それに応じて位置変更機構１７の動作を制御するように構成されていてもよい。また、主軸１１の回転角と調整すべき非接触センサ１６の位置とを対応付けたテーブルを、用いるボビン２１の形状毎に予め用意しておき、制御部２が、そのテーブルに基づいて非接触センサ１６の位置を調整するように構成されていてもよい。

なお、制御部２は、位置変更機構１７や第二直動機構１８に設けられているエンコーダからの信号や、モータ１７１やモータ１８１などからの信号等に基づいて、現在の非接触センサ１６の位置や非接触センサ１６の変位量等を適宜取得可能に構成されている。

ここで、本実施の形態において、非接触センサ１６による検出は、ボビン２１の周方向において互いに異なる所定の複数個所において、定期的に行われる。定期的に行われるとは、例えば、整列巻の１層分が巻き終わる度に行われるが、これに限られない。例えば、整列巻の所定層分（例えば、２層分）が巻き終わる度に行われてもよいし、所定時間毎に行われてもよい。

本実施の形態において、ボビン２１としては、略矩形形状のものが用いられる。略矩形形状であるとは、ボビン２１の線条材料Ｌが巻き付けられる部位である収容部２１１が、トラバース方向に対して垂直な断面において、略矩形状をなす４つの面を有するように構成されていることをいう。そして、制御部２は、線条材料Ｌが１層分だけ巻回される度に、主軸１１を９０度ずつ回転させながら、非接触センサ１６により４つの面のそれぞれの上における線条材料Ｌの表面形状に対応する情報が取得されるようにする。

また、制御部２は、非接触センサ１６により凹凸があることが検出された場合には、所定の検出時動作を行う。検出時動作は、例えば、所定量だけ線条材料Ｌを巻き戻す動作であるが、これに限られない。例えば、巻回を一次停止することや、作業者等に通報することや、これらの組み合わせなどが検出時動作として行われる。

図８は、同非接触センサ１６による検出位置を説明する図である。

図８は、トラバース方向から見たボビン２１と非接触センサ１６とが示されている。ボビン２１は、図に示されように略矩形であり、図示しない収容部２１１の形状も略矩形である。

非接触センサ１６による検出は、例えば１層の線条材料Ｌを巻き終える度に行われる。すなわち、１層の線条材料Ｌを巻き終える度に、一の検出機会が到来する。一の検出機会においては、周方向において順に、主軸１１を９０度間隔で回転させながら、ボビン２１の各辺上の点における検出が行われる。すなわち、図８に示されるように、第１の短辺上の点Ｓ１、第１の長辺上の点Ｓ２、第２の短辺上の点Ｓ３、第２の長辺上の点Ｓ４、のそれぞれについて、順に、計測が行われる。換言すると、ボビン２１を、第１の短辺を非接触センサ１６に対向させた第１姿勢、第１の長辺を非接触センサ１６に対向させた第２姿勢、第２の短辺を非接触センサ１６に対向させた第３姿勢、第２の長辺を非接触センサ１６に対向させた第４姿勢、のそれぞれとして、順に、計測を行う。この場合、主軸１１を中心にボビン２１が回転することに伴って、短辺上の点Ｓ１，Ｓ３と非接触センサ１６との距離と、長辺上の点Ｓ２，Ｓ４と非接触センサ１６との距離とが等しくなるように、制御部２が非接触センサ１６の位置を調整する。ボビン２１が第１姿勢又は第３姿勢である場合には、非接触センサ１６を下側の第１位置にセットする。ボビン２１が第２姿勢又は第４姿勢である場合には、非接触センサ１６を上側の第２位置にセットする。すなわち、非接触センサ１６は、主軸１１の回転に伴って、矢印Ｄで示されるように、所定量だけ上下に変位することとなる。ここで、ボビン２１の収容部２１１が完全に矩形である場合、非接触センサ１６が変位する所定量は、長辺の長さから短辺の長さを引いた値に０．５を乗じた値となる。

本実施の形態において、このように周方向において４点における検出を行うことで、線条材料Ｌの不良巻回状態が発生したことを確実に検出することができる。制御部２は、予め定められた回転角に主軸１１を回転させると共に、それに対応する所定の位置に非接触センサ１６を変位させることで、確実に検出が行われるようにすることができる。したがって、制御部２による演算にかかる負荷を小さくすることができ、構成を簡素化することができる。

なお、検出を行う検出箇所はさらに多くてもよい。ボビン２１の形状や主軸１１の回転角度に応じて、各検出箇所において非接触センサ１６の位置と測定箇所との距離が略一定に保たれるようにしてより多くの検出箇所で検出を行うようにすることで、検出精度をより高くすることができる。また、主軸１１を回転させながらごくわずかな間隔で検出を行うような、周方向にわたってほぼ連続的に検出を行うようにしてもよい。この場合、ボビン２１の形状や主軸１１の回転角度に応じて、非接触センサ１６の位置が、主軸１１との距離が一定となるように連続的に調整されるようにすればよい。

巻線装置１は、制御部２による制御動作によって以下に説明するような動作を実行可能である。

図９は、同巻線装置１の動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ１１）制御部２は、巻回部１０により主軸１１を正転させることで主軸１１に線条材料Ｌを巻き付ける（巻回動作）。

（ステップＳ１２）制御部２は、検査タイミングが到来したか否かを判断する。検査タイミングが到来したと判断したときにはステップＳ１３に進み、そうでない場合はステップＳ１４に進む。検査タイミングは、例えば、上述のとおり整列巻の１層分が巻き終わったタイミングとすればよいが、これに限られない。

（ステップＳ１３）制御部２は、検査動作を行う。検査動作の詳細については、後述する。検査動作が終了すると、ステップＳ１４に進む。

（ステップＳ１４）制御部２は、巻回されている巻線２０について、不具合が発生したか否かを判断する。例えば、制御部２は、不具合フラグがセットされている場合に、不具合が発生したと判断する。そのほか、制御部２は、例えば、巻線２０の巻き上げ動作を監視しているオペレータによる所定の操作入力が行われた場合に、不具合が発生したと判断するようにしてもよい。また、そのほか、制御部２は、巻線装置１に設けられている各種のセンサ（図示せず）により所定の状態が検知された場合に、不具合が発生したと判断するようにしてもよい。不具合が発生したと判断された場合はステップＳ１５に進み、そうでない場合はステップＳ１７に進む。

（ステップＳ１５）制御部２は、巻戻し動作を実行する。これにより、線条材料Ｌの巻戻しが行われる。巻戻し動作は、巻回部１０により主軸１１を逆転させている状態で、線条材料Ｌを主軸１１から離れる方向に送るように巻戻し装置３０を動作させるものである。

（ステップＳ１６）制御部２は、巻戻し動作が終了すると、不具合フラグをクリアし、ステップＳ１に戻る。

（ステップＳ１７）制御部２は、巻回が完了したか否かを判断する。例えば、１つの巻線２０を巻き上げるための処理のシーケンスが全て完了した場合に、制御部２は、巻回が完了したと判断することができる。巻回が完了したと判断した場合は一連の処理を終了し、そうでない場合はステップＳ１１に戻る。

図９は、同巻線装置１が行う検査動作の一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ２１）制御部２は、主軸１１を停止させる。この場合、主軸１１は、所定の第１姿勢で停止される。

（ステップＳ２２）制御部２は、位置変更機構１７を動作させて、非接触センサ１６を第１位置にセットする。そして、非接触センサ１６により、巻線装置１の表面形状の計測を行う。

（ステップＳ２３）制御部２は、主軸１１を９０度回転させて停止させる。この場合、主軸１１は、所定の第２姿勢で停止される。

（ステップＳ２４）制御部２は、位置変更機構１７を動作させて、非接触センサ１６を第２位置にセットする。そして、非接触センサ１６により、巻線装置１の表面形状の計測を行う。

（ステップＳ２５）制御部２は、主軸１１を９０度回転させて停止させる。この場合、主軸１１は、所定の第３姿勢で停止される。

（ステップＳ２６）制御部２は、位置変更機構１７を動作させて、非接触センサ１６を第１位置にセットする。そして、非接触センサ１６により、巻線装置１の表面形状の計測を行う。

（ステップＳ２７）制御部２は、主軸１１を９０度回転させて停止させる。この場合、主軸１１は、所定の第４姿勢で停止される。

（ステップＳ２８）制御部２は、位置変更機構１７を動作させて、非接触センサ１６を第２位置にセットする。そして、非接触センサ１６により、巻線装置１の表面形状の計測を行う。

（ステップＳ２９）制御部２は、今回の検出機会の計測結果（ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の各計測結果）において、異常値が検出されたか否かを判断する。いずれか１回以上の計測において異常値が検出された場合には、ステップＳ３０に進む。そうでない場合には、検査動作を終了し、上位の処理に戻る。

（ステップＳ３０）制御部２は、不具合フラグをセットする。その後、上位の処理に戻る。

なお、フローチャートにおける各処理の順番はこれに限られない。例えば、各姿勢における計測を行うために、主軸１１より先に非接触センサ１６の位置が変更されるようにしてもよいし、主軸１１と非接触センサ１６とを同時に回転させたり変位させたりしてもよい。また、完全に主軸１１を停止させなくてもよい。検出器会毎に、どの姿勢での検出が行われるかが異なっていてもよい。

以上説明したように、本実施の形態において、巻線装置１は、検査装置１５を有しており、巻回中の巻線２０で巻回不良が発生したことを自動的に検出することができる。人手を要さずに、線乗りエラー等の発生を容易にかつ確実に検出することができ、省力化することができる。また、エラーの見落としを防止し、確実に検出することができるため、効率的に、高品質の巻線２０を製造することができる。巻回不良が発生した場合には、自動的に巻戻し動作等の検出時動作を行うことができ、さらに省力化を進め、かつ、効率的に巻線２０の製造を行うことができるようになる。

（その他）

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである。

上述の実施の形態において、一部の構成要素や機能が省略されていてもよい。

巻線装置は、例えば１つの主軸に設けられた２以上のボビンのそれぞれに、それぞれ供給源から供給された線条材料を巻き付けることができるように構成されていてもよい。この場合、各ボビンについて検出を行うための非接触センサを設けるようにしてもよい。複数の非接触センサは、１つの位置変更機構により同時に変位するように構成されていてもよいし、個々が独立した位置変更機構により変位するように構成されていてもよい。また、この場合、各供給源から供給される線条材料の搬送経路上においてローラ対で線条材料を挟むことができるように、２以上の巻戻し装置が配置されていることが好ましい。

検査装置は、必ずしも巻線装置に用いられるものに限られない。主軸に線状材料を巻き付けた構成を有する種々の装置において、主軸に巻き付けられた線条材料の表面形状に対応する情報を取得するために、検査装置を広く用いることが可能である。ここで主軸とは、線条材料が巻き付けられている部位であればよく、上述の巻線装置に設けられているような構成のものに限られない。

以上のように、本発明にかかる巻線装置は、ボビンに巻いた線条材料の不良巻回状態が発生したことを確実に検出することができるという効果を有し、巻線装置等として有用である。

１ 巻線装置、２ 制御部、１０ 巻回部、１１ 主軸、１５ 検査装置、１６ 非接触センサ、１７ 位置変更機構、２１ ボビン、Ｌ 線条材料、Ｍ マスク領域、Ｒ 計測領域

Claims (5)

1. ボビンが取り付けられる主軸と、
   前記主軸を回転させることで前記ボビンに線条材料を巻き付ける巻回部と、
   前記主軸に沿うトラバース方向に沿って、所定の距離範囲内の計測領域における前記ボビンに巻き付けられた線条材料の表面形状に対応する情報を取得する非接触センサと、
   前記非接触センサと前記主軸との距離を変更する位置変更機構と、
   前記ボビンの姿勢に応じて前記位置変更機構により前記非接触センサと前記主軸との距離を調整する制御部とを備える、巻線装置。
2. 前記制御部は、前記巻回部により主軸を回転させる制御を行うと共に、前記主軸の回転角度に同期させて前記非接触センサと前記主軸との距離を調整する、請求項１に記載の巻線装置。
3. 前記ボビンの前記線条材料が巻き付けられる部位は、前記トラバース方向に対して垂直な断面において略矩形状をなす４つの面を有するように構成されており、
   前記制御部は、前記線条材料が１層分だけ巻回される度に、前記主軸を９０度ずつ回転させながら、前記４つの面のそれぞれの上における前記線条材料の表面形状に対応する情報を取得する、請求項１又は２に記載の巻線装置。
4. 前記非接触センサは、前記計測領域内で、トラバース方向に対して垂直な方向の凹凸があることを検出し、
   前記制御部は、前記非接触センサにより凹凸があることが検出された場合に検出時動作を行う、請求項１から３のいずれか１項に記載の巻線装置。
5. 前記非接触センサは、前記計測領域のうち所定のマスク領域を除いた領域において、凹凸があることの検出を行う、請求項４に記載の巻線装置。

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