JP3514678B2 - ロータリーカッタの制御装置 - Google Patents
ロータリーカッタの制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、連続的に高速で
送られる鋼板，アルミニウム板，紙，段ボール等の材料
を、数値制御により回転する刃物が材料に追従しながら
切断し、切断と切断との間は、数値制御により刃物の回
転を変速させて切断長を設定長に一致させるロータリー
カッタの制御装置に関するものである。
送られる鋼板，アルミニウム板，紙，段ボール等の材料
を、数値制御により回転する刃物が材料に追従しながら
切断し、切断と切断との間は、数値制御により刃物の回
転を変速させて切断長を設定長に一致させるロータリー
カッタの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】連続的に高速で送られる鋼板，アルミニ
ウム板，紙，段ボール等の材料を切断する従来のロータ
リーカッタの制御装置を、図１８に示す。
ウム板，紙，段ボール等の材料を切断する従来のロータ
リーカッタの制御装置を、図１８に示す。
【０００３】図１８に示すように、軸方向周面に刃を有
する一対のロータリーカッタ２があり、このロータリー
カッタ２の主軸３には減速ギヤー４が取りつけられ、ロ
ータリーカッタ２を駆動するための電動機５が結合され
ている。この電動機５には、電動機の回転速度と電動機
回転角、即ち、ロータリーカッタ２の主軸３の回転角を
検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）６が備えら
れている。
する一対のロータリーカッタ２があり、このロータリー
カッタ２の主軸３には減速ギヤー４が取りつけられ、ロ
ータリーカッタ２を駆動するための電動機５が結合され
ている。この電動機５には、電動機の回転速度と電動機
回転角、即ち、ロータリーカッタ２の主軸３の回転角を
検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）６が備えら
れている。
【０００４】一方、走行する材料１の移動量を検出する
ための測長ホイール８が備えられ、この測長ホイール８
の軸には、移動量を検出するためのパルスジェネレータ
（ＰＧ）９が備えられている。さらに、ロータリーカッ
タ２により走行する材料１を切断する毎に、切断完了位
置を検出する切断完了位置センサ１０が備えられてい
る。このロータリーカッタ２の数値制御装置３０は、特
公昭６１−３３６７９号公報に開示されているように、
大きく分けて定尺切断回路部４０と、停止制御回路部６
０と、比較部５３とにより構成されている。
ための測長ホイール８が備えられ、この測長ホイール８
の軸には、移動量を検出するためのパルスジェネレータ
（ＰＧ）９が備えられている。さらに、ロータリーカッ
タ２により走行する材料１を切断する毎に、切断完了位
置を検出する切断完了位置センサ１０が備えられてい
る。このロータリーカッタ２の数値制御装置３０は、特
公昭６１−３３６７９号公報に開示されているように、
大きく分けて定尺切断回路部４０と、停止制御回路部６
０と、比較部５３とにより構成されている。
【０００５】定尺切断回路部４０は、材料１を設定され
た所定の長さに正確に切断するための回路であり、切断
寸法設定部４１，演算部４２，切断完了センサ４３，タ
イミング信号発生部４４，周長設定部４５，材料走行距
離検出回路４６，モータ回転数検出回路４７，演算部４
８，Ｄ／Ａ変換器４９，関数発生器５０，Ｆ／Ｖ変換器
５１，演算増幅器５２により構成される。
た所定の長さに正確に切断するための回路であり、切断
寸法設定部４１，演算部４２，切断完了センサ４３，タ
イミング信号発生部４４，周長設定部４５，材料走行距
離検出回路４６，モータ回転数検出回路４７，演算部４
８，Ｄ／Ａ変換器４９，関数発生器５０，Ｆ／Ｖ変換器
５１，演算増幅器５２により構成される。
【０００６】この定尺切断回路部では、ロータリーカッ
タ２により走行する材料１を切断する毎に、切断完了位
置センサ１０により切断完了位置を検出し、切断完了位
置信号を発生する毎に、切断長Ｌ0 とロータリーカッタ
２の周長Ｂ0 との差Ｌ＝Ｌ0 −Ｂ0 に相当するパルス数
を演算部４８に読込む。
タ２により走行する材料１を切断する毎に、切断完了位
置センサ１０により切断完了位置を検出し、切断完了位
置信号を発生する毎に、切断長Ｌ0 とロータリーカッタ
２の周長Ｂ0 との差Ｌ＝Ｌ0 −Ｂ0 に相当するパルス数
を演算部４８に読込む。
【０００７】材料１の走行に伴いパルスジェネレータ９
より発生するパルス数Φa （即ち、材料の移動量）と、
ロータリーカッタ２の回転に伴いパルスジェネレータ６
より発生するΦb （ロータリーカッタ２の回転量）との
差Φa −Φb 、即ち、Ｒ＝Ｌ0 −Ｂ0 −（Φa −Φb ）
を計算しながら、差Ｒに相当する補償電圧Ｖc ＝ｆ
（Ｒ）と、パルスジェネレータ（ＰＧ）９の出力を周波
数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換して得られる電圧、即ち、材料
１の移動量を表す電圧Ｖa との差Ｖ0 −Ｖa −Ｖc を、
Ｖ0 ＞０の時だけ、電動機５の駆動制御回路７に速度指
令として与える。
より発生するパルス数Φa （即ち、材料の移動量）と、
ロータリーカッタ２の回転に伴いパルスジェネレータ６
より発生するΦb （ロータリーカッタ２の回転量）との
差Φa −Φb 、即ち、Ｒ＝Ｌ0 −Ｂ0 −（Φa −Φb ）
を計算しながら、差Ｒに相当する補償電圧Ｖc ＝ｆ
（Ｒ）と、パルスジェネレータ（ＰＧ）９の出力を周波
数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換して得られる電圧、即ち、材料
１の移動量を表す電圧Ｖa との差Ｖ0 −Ｖa −Ｖc を、
Ｖ0 ＞０の時だけ、電動機５の駆動制御回路７に速度指
令として与える。
【０００８】停止制御回路部６０は、停止距離設定部６
１，可逆カウンタ６２，Ｄ／Ａ変換器６３，関数発生器
６４，比較部６５により構成される。
１，可逆カウンタ６２，Ｄ／Ａ変換器６３，関数発生器
６４，比較部６５により構成される。
【０００９】このような停止制御回路部では、ロータリ
ーカッタ２の刃が切断完了位置センサ１０を通過し、切
断完了信号が発生する度に、可逆カウンタ６２は、あら
かじめ設定されたロータリーカッタ２の刃の停止距離に
相当するパルス数Φs を読込むとともに、ロータリーカ
ッタ２の回転量を表すパルス数Φb を減算し、Ｄ／Ａ変
換器６３は、これに比例した直流電圧Ｖb に変換する。
ーカッタ２の刃が切断完了位置センサ１０を通過し、切
断完了信号が発生する度に、可逆カウンタ６２は、あら
かじめ設定されたロータリーカッタ２の刃の停止距離に
相当するパルス数Φs を読込むとともに、ロータリーカ
ッタ２の回転量を表すパルス数Φb を減算し、Ｄ／Ａ変
換器６３は、これに比例した直流電圧Ｖb に変換する。
【００１０】比較部５３は、停止制御回路部６０の比較
部６５の出力電圧Ｖ1 と、定尺切断回路４０の演算増幅
器５２の出力する速度指令電圧Ｖ0 とを比較し、いずれ
か高い方を、最終指令電圧Ｖ2 として、駆動制御回路７
に与える。
部６５の出力電圧Ｖ1 と、定尺切断回路４０の演算増幅
器５２の出力する速度指令電圧Ｖ0 とを比較し、いずれ
か高い方を、最終指令電圧Ｖ2 として、駆動制御回路７
に与える。
【００１１】以上のような数値制御装置３０では、材料
１の速度電圧Ｖa に対して補償電圧Ｖc を減算して、差
Ｒに従い材料１の速度に対して補償すると共に、切断時
には差Ｒが零となってＶc =０、即ち、Ｖc ＝Ｖa とし
てロータリーカッタ２の速度を材料１の速度に同期さ
せ、且つ、この間に、Φa ，Φb の何れか一方が他方に
対して進みあるいは遅れると、その差を零にするように
電動機を加減速制御をするデジタルサーボ制御を行うこ
とによって、材料１を所定の長さに正確に定尺切断する
ことができる。
１の速度電圧Ｖa に対して補償電圧Ｖc を減算して、差
Ｒに従い材料１の速度に対して補償すると共に、切断時
には差Ｒが零となってＶc =０、即ち、Ｖc ＝Ｖa とし
てロータリーカッタ２の速度を材料１の速度に同期さ
せ、且つ、この間に、Φa ，Φb の何れか一方が他方に
対して進みあるいは遅れると、その差を零にするように
電動機を加減速制御をするデジタルサーボ制御を行うこ
とによって、材料１を所定の長さに正確に定尺切断する
ことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のロー
タリーカッタ制御装置では、加速時の加速レート、およ
び減速時の減速レートは、Ｄ／Ａ変換器のゲインによっ
て決定されるため、固定値となる。
タリーカッタ制御装置では、加速時の加速レート、およ
び減速時の減速レートは、Ｄ／Ａ変換器のゲインによっ
て決定されるため、固定値となる。
【００１３】図７に、従来の固定の加減速レートの一例
を示す。ロータリーカッタは、減速後、停止し、加速し
て、定速に達する。定速の期間は、ロータリーカッタに
よる切断が行われる領域である。ここでは、定速領域以
外の領域は、ロータリーカッタの速度が変化するという
意味で、変速領域というものとする。
を示す。ロータリーカッタは、減速後、停止し、加速し
て、定速に達する。定速の期間は、ロータリーカッタに
よる切断が行われる領域である。ここでは、定速領域以
外の領域は、ロータリーカッタの速度が変化するという
意味で、変速領域というものとする。
【００１４】従来技術では、切断長，材料の走行速度に
関係なく、変速領域における加速レートおよび減速レー
トは固定であるため、効率的な切断ができない問題があ
った。
関係なく、変速領域における加速レートおよび減速レー
トは固定であるため、効率的な切断ができない問題があ
った。
【００１５】また、特開平１−７１６１４号公報には、
コンピュータ（ＣＰＵ）を用いて、材料走行速度等のデ
ータから、切断長および材料の走行速度にあった最適な
加減速レートを計算し、最適な加減速を行うようにし
て、効率的な切断を行うことができるロータリーカッタ
の加減速最適可変方法および装置が開示されている。し
かし、この開示されている方法では、加速および減速は
直線的である。したがって、例えば電動機が減速から加
速に移る時には、加減速の特性は折線状になり、発生す
る衝撃的な力によるギヤーの騒音，摩耗，破損等の障害
を生じる。
コンピュータ（ＣＰＵ）を用いて、材料走行速度等のデ
ータから、切断長および材料の走行速度にあった最適な
加減速レートを計算し、最適な加減速を行うようにし
て、効率的な切断を行うことができるロータリーカッタ
の加減速最適可変方法および装置が開示されている。し
かし、この開示されている方法では、加速および減速は
直線的である。したがって、例えば電動機が減速から加
速に移る時には、加減速の特性は折線状になり、発生す
る衝撃的な力によるギヤーの騒音，摩耗，破損等の障害
を生じる。
【００１６】本発明の目的は、上述のような問題を解決
するためになされたもので、減速から加速に移るとき
に、直線的な折線状の速度指令ではなく、任意の湾曲状
の速度指令を容易に生成可能とすることにより、効率的
な切断を可能にすると共に、衝撃的な力を発生しないロ
ータリーカッタの制御装置を提供することにある。
するためになされたもので、減速から加速に移るとき
に、直線的な折線状の速度指令ではなく、任意の湾曲状
の速度指令を容易に生成可能とすることにより、効率的
な切断を可能にすると共に、衝撃的な力を発生しないロ
ータリーカッタの制御装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、走行する材料
に追従して、材料を切断するロータリーカッタを駆動す
る電動機を制御する駆動制御回路への速度指令に基づい
て、ロータリーカッタの減速，加速，定速を制御する制
御装置において、ロータリーカッタを減速から加速に移
すときに、徐々に減速させた後、徐々に加速する速度指
令を作成することを特徴とする。
に追従して、材料を切断するロータリーカッタを駆動す
る電動機を制御する駆動制御回路への速度指令に基づい
て、ロータリーカッタの減速，加速，定速を制御する制
御装置において、ロータリーカッタを減速から加速に移
すときに、徐々に減速させた後、徐々に加速する速度指
令を作成することを特徴とする。
【００１８】前記速度指令は、定速間の変速領域では、
速度−時間座標上で、湾曲状曲線で表される。前記湾曲
状曲線は、正弦曲線、３次曲線、５次曲線、サイクロイ
ド曲線、湾曲台形曲線、または変形正弦曲線である。
速度−時間座標上で、湾曲状曲線で表される。前記湾曲
状曲線は、正弦曲線、３次曲線、５次曲線、サイクロイ
ド曲線、湾曲台形曲線、または変形正弦曲線である。
【００１９】
【発明の実施の形態】正弦曲線の速度指令を用いる一実
施例について図面を参照して説明する。図１は、ロータ
リーカッタの制御装置の構成を示すブロック図である。
施例について図面を参照して説明する。図１は、ロータ
リーカッタの制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】図１に示すように、軸方向周面に刃を有す
る一対のロータリーカッタ２があり、このカッタ２を駆
動するための電動機５が結合されている。この電動機５
には、電動機の回転角、即ち、カッタ２の回転角を検出
するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）６が備えられて
いる。
る一対のロータリーカッタ２があり、このカッタ２を駆
動するための電動機５が結合されている。この電動機５
には、電動機の回転角、即ち、カッタ２の回転角を検出
するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）６が備えられて
いる。
【００２１】一方、走行する材料１の速度を検出するた
めの測長ロール８が備えられ、この測長ロール８の軸に
は、パルスジェネレータ（ＰＧ）９が備えられている。
めの測長ロール８が備えられ、この測長ロール８の軸に
は、パルスジェネレータ（ＰＧ）９が備えられている。
【００２２】測長ロール８は、走行する材料１の速度を
検出するために、走行する材料１の両面を上下２本の測
長ロール８で加圧接触、即ち、ニップし、材料の走行に
したがって生ずる測長ロール８の回転により、パルスジ
ェネレータ（ＰＧ）９から単位回転毎にパルスを発生さ
せ、そのパルスを計数することにより、連続走行する材
料の速度ＶL を検出している。
検出するために、走行する材料１の両面を上下２本の測
長ロール８で加圧接触、即ち、ニップし、材料の走行に
したがって生ずる測長ロール８の回転により、パルスジ
ェネレータ（ＰＧ）９から単位回転毎にパルスを発生さ
せ、そのパルスを計数することにより、連続走行する材
料の速度ＶL を検出している。
【００２３】次に、数値制御装置２０について説明す
る。この数値制御装置２０は、積分器１１、位置指令発
生器１２、微分器１３、積分器１４、位置制御器１５、
速度制御器１６、微分器１７，１８、機械定数乗算器１
９、加算器２１〜２５によって構成されている。このよ
うな数値制御装置の積分器１１には、パルスジェネレー
タ９から材料速度が入力され、積分器１１により時間積
分されることにより材料移動距離ｘとして出力され、位
置指令発生器１２に入力される。この位置指令発生器１
２は、材料移動距離ｘの関数として位置指令ｆ（ｘ）を
発生する。この位置指令ｆ（ｘ）により、後に詳細に説
明するように、任意の湾曲曲線のカッタ速度が得られ
る。
る。この数値制御装置２０は、積分器１１、位置指令発
生器１２、微分器１３、積分器１４、位置制御器１５、
速度制御器１６、微分器１７，１８、機械定数乗算器１
９、加算器２１〜２５によって構成されている。このよ
うな数値制御装置の積分器１１には、パルスジェネレー
タ９から材料速度が入力され、積分器１１により時間積
分されることにより材料移動距離ｘとして出力され、位
置指令発生器１２に入力される。この位置指令発生器１
２は、材料移動距離ｘの関数として位置指令ｆ（ｘ）を
発生する。この位置指令ｆ（ｘ）により、後に詳細に説
明するように、任意の湾曲曲線のカッタ速度が得られ
る。
【００２４】位置指令ｆ（ｘ）は、微分器１３により時
間微分され、速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔとなる。
間微分され、速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔとなる。
【００２５】一方、ロータリーカッタ２の回転に伴いパ
ルスジェネレータ６より発生するパルスからロータリー
カッタ２の移動速度ＶB が得られる。
ルスジェネレータ６より発生するパルスからロータリー
カッタ２の移動速度ＶB が得られる。
【００２６】加算器２１により、速度指令ｄｆ（ｘ）／
ｄｆと材料速度ＶL とカッタ速度ＶB とが加算され、積
分器１４に入力され、位置偏差ｅが求められる。位置偏
差ｅは、
ｄｆと材料速度ＶL とカッタ速度ＶB とが加算され、積
分器１４に入力され、位置偏差ｅが求められる。位置偏
差ｅは、
【００２７】
【数１】
【００２８】で与えられる。この位置偏差ｅは、位置制
御器１５に入力され補償速度Ｖc として出力される。
御器１５に入力され補償速度Ｖc として出力される。
【００２９】この補償速度Ｖc は、加算器２４，２２に
より前述したカッタ速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔ、材料速
度ＶL および移動速度ＶB に加算され、速度偏差ΔＶが
求められる。速度偏差ΔＶは、
より前述したカッタ速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔ、材料速
度ＶL および移動速度ＶB に加算され、速度偏差ΔＶが
求められる。速度偏差ΔＶは、
【００３０】
【数２】
【００３１】で与えられる。
【００３２】速度偏差ΔＶは、速度制御器１６に入力さ
れ補正トルク指令τA として出力される。
れ補正トルク指令τA として出力される。
【００３３】一方、カッタ速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔを
微分器１８で時間微分してカッタ加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／
ｄｔ2 を得る。また、材料速度ＶL を微分器１７で時間
微分して材料加速度ｄＶL ／ｄｔを得る。これらカッタ
加速度および材料加速度を、加算器２５で加算し、機械
定数乗算器１９に入力し、機械定数Ｊを乗算して基準ト
ルク指令τB として出力する。
微分器１８で時間微分してカッタ加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／
ｄｔ2 を得る。また、材料速度ＶL を微分器１７で時間
微分して材料加速度ｄＶL ／ｄｔを得る。これらカッタ
加速度および材料加速度を、加算器２５で加算し、機械
定数乗算器１９に入力し、機械定数Ｊを乗算して基準ト
ルク指令τB として出力する。
【００３４】このように基準トルク指令τB は、機械定
数Ｊを乗算することにより求めているが、これは変化す
る速度指令に対して、その変化率である加速度を機械イ
ナーシャを乗じて電動機トルク指令としてフィードフォ
ワード補償することにより、イナーシャ負荷であるカッ
タの変化する速度指令に対する追従性を向上させるため
である。
数Ｊを乗算することにより求めているが、これは変化す
る速度指令に対して、その変化率である加速度を機械イ
ナーシャを乗じて電動機トルク指令としてフィードフォ
ワード補償することにより、イナーシャ負荷であるカッ
タの変化する速度指令に対する追従性を向上させるため
である。
【００３５】基準トルク指令τB と補正トルク指令τA
とが加算器２３により加算され、モータトルク指令τ
R 、
とが加算器２３により加算され、モータトルク指令τ
R 、
【００３６】
【数３】
【００３７】となって、駆動制御回路５を通して電動機
３に指令を与える。
３に指令を与える。
【００３８】本発明は、このような構成の制御装置によ
り、湾曲状の速度指令を発生するが、本発明との比較の
意味で、従来技術での折線状に変化する速度指令を求め
てみる。
り、湾曲状の速度指令を発生するが、本発明との比較の
意味で、従来技術での折線状に変化する速度指令を求め
てみる。
【００３９】図２に、折線状に変化する速度指令ｄｆ
（ｘ）／ｄｔの一例を示す。横軸は時間ｔ、縦軸は速度
Ｖである。この図２に示すように、ロータリーカッタ２
の加減速は直線状に変化する、即ち、ロータリーカッタ
２が減速して速度が零になると直ちに加速を始める。こ
のような場合、切断長Ｌ0 を精度良く切断するための条
件は、時間と速度との積、即ち、距離である斜線部面積
がカッタ周長Ｂ0 と等しくなることが必要である。図に
おいて、ＶL はロータリーカッタの定速領域での速度を
示す。定速領域では、ロータリーカッタの速度は、材料
速度に同期する。時刻Ｔは、定速になる時刻を示す。
（ｘ）／ｄｔの一例を示す。横軸は時間ｔ、縦軸は速度
Ｖである。この図２に示すように、ロータリーカッタ２
の加減速は直線状に変化する、即ち、ロータリーカッタ
２が減速して速度が零になると直ちに加速を始める。こ
のような場合、切断長Ｌ0 を精度良く切断するための条
件は、時間と速度との積、即ち、距離である斜線部面積
がカッタ周長Ｂ0 と等しくなることが必要である。図に
おいて、ＶL はロータリーカッタの定速領域での速度を
示す。定速領域では、ロータリーカッタの速度は、材料
速度に同期する。時刻Ｔは、定速になる時刻を示す。
【００４０】図２の折線状に変化する速度指令ＶR であ
る折線曲線を求めると、カッター速度指令ｄｆ（ｘ）／
ｄｔは、０≦ｔ／Ｔ≦１／２の時、−（２／Ｔ）ＶL ｔ
となり、１／２≦ｔ／Ｔ≦１の時、ＶL ｛１−（２／
Ｔ）（ｔ−（Ｔ／２））｝となる。ここで、ＶL Ｔ＝２
（Ｌ0 −Ｂ0 ）であるから、位置指令ｆ（ｘ）は、
る折線曲線を求めると、カッター速度指令ｄｆ（ｘ）／
ｄｔは、０≦ｔ／Ｔ≦１／２の時、−（２／Ｔ）ＶL ｔ
となり、１／２≦ｔ／Ｔ≦１の時、ＶL ｛１−（２／
Ｔ）（ｔ−（Ｔ／２））｝となる。ここで、ＶL Ｔ＝２
（Ｌ0 −Ｂ0 ）であるから、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００４１】
【数４】
【００４２】となる。これにｔ＝ｘ／ＶL 、Ｔ＝（Ｌ0
−Ｂw ）／ＶL を代入すると、位置指令ｆ（ｘ）は、
−Ｂw ）／ＶL を代入すると、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００４３】
【数５】
【００４４】となる。但し、Ｂw は、図６に示すカッタ
の切断領域の周長を示す。
の切断領域の周長を示す。
【００４５】上式において切断長Ｌ0 と切断領域の周長
Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、材料移動距離ｘに対するカ
ッタの変速領域を示し、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じて
演算されている。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 と
の差分Ｌ0 −Ｂ0 も、材料移動の見送り量として切断長
Ｌ0 に応じて演算して与えられる。
Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、材料移動距離ｘに対するカ
ッタの変速領域を示し、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じて
演算されている。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 と
の差分Ｌ0 −Ｂ0 も、材料移動の見送り量として切断長
Ｌ0 に応じて演算して与えられる。
【００４６】位置指令発生器１２は、材料移動距離ｘに
応じて上式（数５）に基づいて実時間で高速で、位置指
令ｆ（ｘ）を演算し出力する。この位置指令ｆ（ｘ）を
微分器１３で微分すれば、前述した折線曲線の速度指令
が得られる。
応じて上式（数５）に基づいて実時間で高速で、位置指
令ｆ（ｘ）を演算し出力する。この位置指令ｆ（ｘ）を
微分器１３で微分すれば、前述した折線曲線の速度指令
が得られる。
【００４７】以上は、本発明との比較の意味で、図２の
折線状に変化する速度指令である折線曲線について説明
した。
折線状に変化する速度指令である折線曲線について説明
した。
【００４８】次に、本発明に係る湾曲状に変化する速度
指令の生成について説明する。まず、図３に示す正弦曲
線を速度指令として用いるものとする。
指令の生成について説明する。まず、図３に示す正弦曲
線を速度指令として用いるものとする。
【００４９】速度指令ＶR を正弦曲線で求めてみると、
次式を得ることができる。
次式を得ることができる。
【００５０】
【数６】
【００５１】従って、カッタ速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔ
は、図４に示すように変速領域の速度指令として次式に
よって与えられる。
は、図４に示すように変速領域の速度指令として次式に
よって与えられる。
【００５２】
【数７】
【００５３】ここで、ＶL Ｔ＝２（Ｌ0 −Ｂ0 ）である
から、位置指令ｆ（ｘ）は、
から、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００５４】
【数８】
【００５５】となる。この式にｔ＝ｘ／ＶL 、Ｔ＝（Ｌ
0 −Ｂw ）・ＶL を代入すると、位置指令ｆ（ｘ）は、
0 −Ｂw ）・ＶL を代入すると、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００５６】
【数９】
【００５７】となる。但し、Ｂw は、図６に示すカッタ
の切断領域の周長を示す。図５に、位置指令ｆ（ｘ）の
特性線図を示す。
の切断領域の周長を示す。図５に、位置指令ｆ（ｘ）の
特性線図を示す。
【００５８】上式において切断長Ｌ0 と切断領域の周長
Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、材料移動距離ｘに対するカ
ッタの変速領域を示し、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じて
演算されている。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 と
の差分Ｌ0 −Ｂ0 も、材料移動の見送り量として切断長
Ｌ0 に応じて演算して与えられる。
Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、材料移動距離ｘに対するカ
ッタの変速領域を示し、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じて
演算されている。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 と
の差分Ｌ0 −Ｂ0 も、材料移動の見送り量として切断長
Ｌ0 に応じて演算して与えられる。
【００５９】位置指令発生器１２は、材料移動距離ｘに
応じて上式（数９）に基づいて実時間で高速で、位置指
令ｆ（ｘ）を演算し出力する。この位置指令ｆ（ｘ）を
微分器１３で微分すれば、前述した正弦曲線の速度指令
が得られる。
応じて上式（数９）に基づいて実時間で高速で、位置指
令ｆ（ｘ）を演算し出力する。この位置指令ｆ（ｘ）を
微分器１３で微分すれば、前述した正弦曲線の速度指令
が得られる。
【００６０】以上の速度指令の加速度は、
【００６１】
【数１０】
【００６２】で表され、ピークの加速度は、
【００６３】
【数１１】
【００６４】で表される。また、加速度の実効値（ＲＭ
Ｓ）は、
Ｓ）は、
【００６５】
【数１２】
【００６６】で表され、半周期の加速度平均値は、
【００６７】
【数１３】
【００６８】で表される。
【００６９】比較のために、折線曲線について検討する
と、折線曲線の場合の加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 は、
と、折線曲線の場合の加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 は、
【００７０】
【数１４】
【００７１】で表され、加速度の実効値（ＲＭＳ）は、
【００７２】
【数１５】
【００７３】で表され、半周期の加速度平均値は、
【００７４】
【数１６】
【００７５】で表される。
【００７６】以上により、最大加速度変化率は、正弦曲
線の場合、０から（−π2 ／４）（ＶL ／Ｔ）、（π2
／４）（ＶL ／Ｔ）から０であり、従って、（π2 ／
４）（ＶL ／Ｔ）となる。
線の場合、０から（−π2 ／４）（ＶL ／Ｔ）、（π2
／４）（ＶL ／Ｔ）から０であり、従って、（π2 ／
４）（ＶL ／Ｔ）となる。
【００７７】また、折線曲線の場合、最大加速度変化率
は、（−２／Ｔ）ＶL から（２／Ｔ）ＶL であり、従っ
て、（４／Ｔ）ＶL となる。
は、（−２／Ｔ）ＶL から（２／Ｔ）ＶL であり、従っ
て、（４／Ｔ）ＶL となる。
【００７８】以上の計算式から、折線曲線および正弦曲
線における電動機のピーク加速度比、加速度の実効値
（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度変化
比を求めると表１のようになる。
線における電動機のピーク加速度比、加速度の実効値
（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度変化
比を求めると表１のようになる。
【００７９】
【表１】
【００８０】表１に示すように、正弦曲線は、折線曲線
に対して電動機のピーク加速度比は１：１．２３倍にな
るが、加速度の実効値（ＲＭＳ）比は１：０．８７２
倍、半周期の加速度平均比は１：０．７８５倍、最大加
速度変化比は１：０．６１７倍になる特徴を有してい
る。
に対して電動機のピーク加速度比は１：１．２３倍にな
るが、加速度の実効値（ＲＭＳ）比は１：０．８７２
倍、半周期の加速度平均比は１：０．７８５倍、最大加
速度変化比は１：０．６１７倍になる特徴を有してい
る。
【００８１】従って、折線曲線の場合は、電動機が減速
から加速に転ずる時に発生する衝撃的な力は大きな加速
度変化比に依存するが、正弦曲線の場合は、加速度変化
比が小さく、更に、電動機が減速から加速に転ずる時に
発生する衝撃的な力はほぼ零となる。
から加速に転ずる時に発生する衝撃的な力は大きな加速
度変化比に依存するが、正弦曲線の場合は、加速度変化
比が小さく、更に、電動機が減速から加速に転ずる時に
発生する衝撃的な力はほぼ零となる。
【００８２】以上の実施例では、湾曲状曲線の例とし
て、正弦曲線を用いた。湾曲状曲線の他の例としては、
３次曲線、５次曲線、サイクロイド曲線、湾曲台形曲線
および変形正弦曲線などがある。
て、正弦曲線を用いた。湾曲状曲線の他の例としては、
３次曲線、５次曲線、サイクロイド曲線、湾曲台形曲線
および変形正弦曲線などがある。
【００８３】次に、これら３次曲線、５次曲線、サイク
ロイド曲線、湾曲台形曲線および変形正弦曲線の各々に
ついて説明する。位置指令ｆ（ｘ）の計算式において、
Ｂw は、図６に示すカッタの切断領域の周長を示し、切
断長Ｌ0 と切断領域の周長Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、
材料移動量ｘに対するカッタの変速領域を示す。Ｂw
は、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じてパラメータとして設
定される。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 の差分Ｌ
0 −Ｂ0 も、材料移動量の見送り量として切断長Ｌ0 に
応じてパラメータとして設定される。また、材料速度Ｖ
L に対する時間は、
ロイド曲線、湾曲台形曲線および変形正弦曲線の各々に
ついて説明する。位置指令ｆ（ｘ）の計算式において、
Ｂw は、図６に示すカッタの切断領域の周長を示し、切
断長Ｌ0 と切断領域の周長Ｂw との差分Ｌ0 −Ｂw は、
材料移動量ｘに対するカッタの変速領域を示す。Ｂw
は、あらかじめ切断長Ｌ0 に応じてパラメータとして設
定される。また、切断長Ｌ0 とカッタ周長Ｂ0 の差分Ｌ
0 −Ｂ0 も、材料移動量の見送り量として切断長Ｌ0 に
応じてパラメータとして設定される。また、材料速度Ｖ
L に対する時間は、
【００８４】
【数１７】
【００８５】とし、計算過程については省略する。
（１）３次曲線
３次曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、次式
で与えられる。
で与えられる。
【００８６】
【数１８】
【００８７】図９に、この位置指令ｆ（ｘ）を示す。
【００８８】この位置指令ｆ（ｘ）を微分器１３で微分
すれば、前述した３次曲線の速度指令が得られる。図８
に、３次曲線の速度指令を示す。
すれば、前述した３次曲線の速度指令が得られる。図８
に、３次曲線の速度指令を示す。
【００８９】速度指令からピーク加速度比、加速度の実
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表２に示す通りである。
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表２に示す通りである。
【００９０】
【表２】
【００９１】（２）５次曲線
５次曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、次式
で与えられる。
で与えられる。
【００９２】
【数１９】
【００９３】図１１に、この位置指令ｆ（ｘ）を示す。
【００９４】この位置指令ｆ（ｘ）を微分器１３で微分
すれば、前述した５次曲線の速度指令が得られる。図１
０に、５次曲線の速度指令を示す。
すれば、前述した５次曲線の速度指令が得られる。図１
０に、５次曲線の速度指令を示す。
【００９５】速度指令からピーク加速度比、加速度の実
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表３に示す通りである。
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表３に示す通りである。
【００９６】
【表３】
【００９７】この５次曲線の速度指令は、図９に示すよ
うに、電動機が減速を開始する時、減速から加速に移行
する時、および加速終了時の加速度が零にできると言う
特徴があるが、表３に示すように正弦曲線に比べ加速度
の実効値が大きくなる。 （３）サイクロイド曲線 サイクロイド曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）
は、次式で与えられる。
うに、電動機が減速を開始する時、減速から加速に移行
する時、および加速終了時の加速度が零にできると言う
特徴があるが、表３に示すように正弦曲線に比べ加速度
の実効値が大きくなる。 （３）サイクロイド曲線 サイクロイド曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）
は、次式で与えられる。
【００９８】
【数２０】
【００９９】図１３に、この位置指令ｆ（ｘ）を示す。
【０１００】この位置指令ｆ（ｘ）を微分器１３で微分
すれば、前述したサイクロイド曲線の速度指令が得られ
る。図１２に、サイクロイド曲線の速度指令を示す。
すれば、前述したサイクロイド曲線の速度指令が得られ
る。図１２に、サイクロイド曲線の速度指令を示す。
【０１０１】速度指令からピーク加速度比、加速度の実
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表４に示す通りである。
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表４に示す通りである。
【０１０２】
【表４】
【０１０３】このサイクロイド曲線の速度指令は、図１
１に示すように、電動機が減速を開始する時、減速から
加速に移行する時、および加速終了時の加速度が零にで
きるという特徴があるが、表４に示すように正弦曲線に
比べ加速度の実効値が大きくなる。 （４）湾曲台形曲線 湾曲台形曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、
次式で与えられる。
１に示すように、電動機が減速を開始する時、減速から
加速に移行する時、および加速終了時の加速度が零にで
きるという特徴があるが、表４に示すように正弦曲線に
比べ加速度の実効値が大きくなる。 （４）湾曲台形曲線 湾曲台形曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、
次式で与えられる。
【０１０４】
【数２１】
【０１０５】とする。
【０１０６】図１５に、この位置指令ｆ（ｘ）を示す。
【０１０７】この位置指令ｆ（ｘ）を微分器１３で微分
すれば、前述した湾曲台形曲線の速度指令が得られる。
図１４に、湾曲台形曲線の速度指令を示す。
すれば、前述した湾曲台形曲線の速度指令が得られる。
図１４に、湾曲台形曲線の速度指令を示す。
【０１０８】速度指令からピーク加速度比、加速度の実
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表５に示す通りである。
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表５に示す通りである。
【０１０９】
【表５】
【０１１０】この湾曲台形曲線の速度指令は、図１３に
示すように、電動機が減速を開始する時、減速から加速
に移行する時、および加速終了時の加速度が零にできる
と言う特徴があるが、表５に示すように正弦曲線に比べ
加速度実効値が大きくなる。 （５）変形正弦曲線 変形正弦曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、
次式で与えられる。
示すように、電動機が減速を開始する時、減速から加速
に移行する時、および加速終了時の加速度が零にできる
と言う特徴があるが、表５に示すように正弦曲線に比べ
加速度実効値が大きくなる。 （５）変形正弦曲線 変形正弦曲線の速度指令を与える位置指令ｆ（ｘ）は、
次式で与えられる。
【０１１１】
【数２２】
【０１１２】とする。
【０１１３】図１７に、この位置指令ｆ（ｘ）を示す。
【０１１４】この位置指令ｆ（ｘ）を微分器１３で微分
すれば、前述した変形正弦曲線の速度指令が得られる。
図１６に、変形正弦曲線の速度指令を示す。
すれば、前述した変形正弦曲線の速度指令が得られる。
図１６に、変形正弦曲線の速度指令を示す。
【０１１５】速度指令からピーク加速度比、加速度の実
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表６に示す通りである。
効値（ＲＭＳ）比、半周期の加速度平均比、最大加速度
変化比を求めると、表６に示す通りである。
【０１１６】
【表６】
【０１１７】この変形正弦曲線の速度指令は、図１５に
示すように、電動機が減速を開始する時、減速から加速
に移行する時、および加速終了時の加速度が零にできる
という特徴があるが、正弦曲線に比べ加速度実効値が大
きくなる。
示すように、電動機が減速を開始する時、減速から加速
に移行する時、および加速終了時の加速度が零にできる
という特徴があるが、正弦曲線に比べ加速度実効値が大
きくなる。
【０１１８】以上のように、数値制御装置の位置指令発
生器１２で位置指令ｆ（ｘ）を演算することにより、位
置関数のみを実現するだけで任意の湾曲状曲線で動作す
るロータリーカッタ制御装置が得られる。
生器１２で位置指令ｆ（ｘ）を演算することにより、位
置関数のみを実現するだけで任意の湾曲状曲線で動作す
るロータリーカッタ制御装置が得られる。
【０１１９】
【発明の効果】本発明によれば、湾曲状曲線の速度指令
を用いることにより、電動機が減速から加速に移ると
き、衝撃的な力を生じないので、電動機，ギヤーの騒
音，摩耗，破損等を防止することが可能となる。
を用いることにより、電動機が減速から加速に移ると
き、衝撃的な力を生じないので、電動機，ギヤーの騒
音，摩耗，破損等を防止することが可能となる。
【図１】本発明のロータリーカッタの制御構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】折線曲線の速度指令を示す線図である。
【図３】正弦曲線の速度指令を示す線図である。
【図４】正弦曲線の速度指令を示す線図である。
【図５】位置指令を示す線図である。
【図６】カッタの移動と材料との関係図である。
【図７】従来の速度指令を示す線図である。
【図８】３次曲線の速度指令を示す線図である。
【図９】位置指令を示す線図である。
【図１０】５次曲線の速度指令を示す線図である。
【図１１】位置指令を示す線図である。
【図１２】サイクロイド曲線の速度指令を示す線図であ
る。
る。
【図１３】位置指令を示す線図である。
【図１４】変形台形曲線の速度指令を示す線図である。
【図１５】位置指令を示す線図である。
【図１６】変形正弦曲線の速度指令を示す線図である。
【図１７】位置指令を示す線図である。
【図１８】従来のロータリーカッタの制御ブロック図で
ある。
ある。
１ 材料
２ ロータリーカッタ
３ 主軸
４ 減速ギヤー
５ 電動機
６ パルスジェネレータ
７ 駆動制御回路
８ 測長ロール
９ パルスジェネレータ
１０ 切断完了センサ
１１ 積分器
１２ 位置指令発生器
１３ 微分器
１４ 積分器
１５ 位置制御器
１６ 速度制御器
１７，１８ 微分器
１９ 機械定数乗算器
２０ 数値制御装置
２１〜２５ 加算器
３０ 数値制御装置
４０ 定尺切断回路部
４１ 切断寸法設定部
４２ 第１演算部
４３ 切断完了センサ
４４ タイミング信号発生部
４５ 周長設定部
４６ 材料走行距離検出回路
４７ モータ回転数検出回路
４８ 第２演算部
４９，６３ Ｄ／Ａ変換器
５０，６４ 関数発生器
５１ Ｆ／Ｖ変換器
５２ 演算増幅器
５３ 第２比較部
６０ 停止制御回路部
６１ 停止距離設定部
６２ 可逆カウンタ
６５ 第１比較部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B26D 1/62
B65H 35/08
Claims (3)
- 【請求項１】走行する材料に追従して、材料を切断する
ロータリーカッタの減速，加速，定速を制御する制御装
置において、 走行する材料の移動速度を検出する第１のパルスジェネ
レータと、 ロータリーカッタの移動速度を検出する第２のパルスジ
ェネレータと、 前記検出した材料の移動速度を時間積分して材料の移動
距離を生成する第１の積分器と、 前記材料の移動距離の値と、切断に必要な諸条件である
材料切断長，ロータリーカッタの切断領域の周長，およ
びロータリーカッタ周長の各設定値とから、位置指令を
演算する位置指令発生器と、 前記演算した位置指令を時間微分して、定速間の変速領
域では、速度−時間座標上で、湾曲状曲線で表される速
度指令を生成する第１の微分器と、 前記検出した材料の移動速度と前記生成した速度指令と
を加算し、前記検出したロータリーカッタの移動速度を
減算する第１の加算器と、 前記第１の加算器の出力を積分して位置偏差を生成する
第２の積分器と、 前記生成した位置偏差から補償速度を生成する位置制御
器と、 前記検出した材料の移動速度と前記生成した速度指令と
を加算する第２の加算器と、 前記第２の加算器の出力と前記生成した補償速度とを加
算し、前記検出したロータリーカッタの移動速度を減算
して、速度偏差を生成する第３の加算器と、 前記生成した速度偏差から補正トルク指令を生成する速
度制御器と、 前記検出した材料の移動速度を時間微分して材料加速度
を生成する第２の微分器と、 前記生成した速度指令を時間微分してロータリーカッタ
加速度を生成する第３の微分器と、 前記生成した材料加速度と前記生成したロータリーカッ
タ加速度とを加算する第４の加算器と、 前記第４の加算器の出力に機械定数を乗算して基準トル
ク指令を生成する機械定数乗算器と、 前記生成した補正トルク指令と前記生成した基準トルク
指令とを加算し、電動機トルク指令を生成する第５の加
算器と、 前記生成した電動機トルク指令に基づいて、前記電動機
に指令を与える駆動制御回路と、 を備えることを特徴とするロータリーカッタ制御装置。 - 【請求項２】前記速度指令は、定速間の変速領域では、
速度−時間座標上で、湾曲状曲線で表されることを特徴
とする請求項１に記載のロータリーカッタ制御装置。 - 【請求項３】前記湾曲状曲線は、正弦曲線，３次曲線，
５次曲線，サイクロイド曲線，湾曲台形曲線，または変
形正弦曲線であることを特徴とする請求項２に記載のロ
ータリーカッタ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31179699A JP3514678B2 (ja) | 1999-11-02 | 1999-11-02 | ロータリーカッタの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31179699A JP3514678B2 (ja) | 1999-11-02 | 1999-11-02 | ロータリーカッタの制御装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001129790A JP2001129790A (ja) | 2001-05-15 |
| JP3514678B2 true JP3514678B2 (ja) | 2004-03-31 |
| JP2001129790A5 JP2001129790A5 (ja) | 2004-09-30 |
Family
ID=18021560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31179699A Expired - Lifetime JP3514678B2 (ja) | 1999-11-02 | 1999-11-02 | ロータリーカッタの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514678B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4672634B2 (ja) * | 2006-10-26 | 2011-04-20 | 日本リライアンス株式会社 | ロータリーカッタ制御装置 |
-
1999
- 1999-11-02 JP JP31179699A patent/JP3514678B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001129790A (ja) | 2001-05-15 |
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