JP3779590B2 - 走間切断機のトルクブースト方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続して走行する材料の速度に同調して材料を切断する走間切断機において、シャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板等の材料を切断する走間切断機は、走行する材料の速度に同調して材料を切断する時、瞬時的（切断刃が材料に噛み込む時）に、切断負荷、即ち切断トルクが発生する。発生する切断トルクの大きさは、切断する材料の板厚，材料の硬さ，材料の走行速度によって異なる。
【０００３】
図７に、従来の走間切断機の一例であるロータリーシャーの数値制御回路を示す。軸方向周面に切断刃を有する一対のロータリーシャー２の主軸には、減速機３を介して電動機４が連結されている。この電動機４の軸には、電動機の回転速度と回転角、即ち、ロータリーシャー２の主軸の速度と回転角を検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）５が取り付けられている。
【０００４】
一方、連続して走行する被切断材料１の移動量を検出するための測長ロール７が備えられ、この測長ロール７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）８が取り付けられている。更に、走行する被切断材料１をロータリーシャーにより切断する毎に、切断位置を検出する切断完了位置センサ９が備えられている。
【０００５】
図７に示されているロータリーシャー２の数値制御回路７０は、特公昭６１−３３６７９号公報に開示されている。数値制御回路７０は、定尺切断回路部７０Ａと、停止制御回路部７０Ｂと、切換回路部７０Ｃとにより構成されている。
【０００６】
この定尺切断回路部７０Ａは、被切断材料１を所定の長さに正確に切断するための回路で、走行する被切断材料１をロータリーシャー２により切断する毎に、切断完了センサ９が切断完了位置を検出して切断完了位置信号を発生する毎に、切断長Ｌ0 とロータリーシャー２の周長Ｂ0 との差Ｌ＝Ｌ0 −Ｂ0 に相当するパルス数を定尺切断回路７０Ａのレジスタに読込む。
【０００７】
これは、被切断材料１の走行に伴いパルスジェネレータ８より単位回転毎に発生するパルス数Φａ（即ち、被切断材料の移動量）とロータリーシャー２の回転に伴いパルスジェネレータ５より単位回転毎に発生するΦｂ（ロータリーシャー２の回転量）との差Φａ−Φｂ、即ち、Ｒ＝Ｌ0 −Ｂ0 −（Φａ−Φｂ）により計算しながら、その差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（被切断材料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４の駆動制御回路６に速度指令として与える。
【０００８】
停止制御回路部７０Ｂは、ロータリーシャー２のシャーが切断完了位置センサ９を通過し、切断完了信号が発生する度に、あらかじめ設定されたシャーの停止距離に相当するパルス数Φｂを読込むとともに、ロータリーシャー２の回転量を表すパルス数Φｂを減算する可逆カウンタ６２および可逆カウンタの内容をこれに比例した直流電圧Ｖｂに変換するＤ／Ａ変換器６３を有する。なお、６１は停止距離設定部、６５は比較部である。
【０００９】
切断回路部７０Ｃは、被切断材料１の移動量を表す電圧Ｖａと補償電圧Ｖｃとの差Ｖ0 の極性を判別し、Ｖ0 ≧０のとき、そのことを示す信号Ｓｎを発生する極性判別コンパレータと、その極性判別コンパレータが信号Ｓｎを発生しない時はＶ0 を、また、極性判別コンパレータが信号Ｓｎを発生する時は、Ｖ1 を最終速度指令電圧Ｖｒとして電動機４の駆動制御回路６に与える切換回路とを備えている。
【００１０】
このような定尺切断制御装置７０Ａでは、被切断材料１の速度電圧Ｖａに対して補償電圧Ｖｃを減算して、前記Ｒに従い被切断材料１の速度に対して補償すると共に、切断時には前記ＲがゼロとなってＶｃ＝０、即ち、Ｖｃ＝Ｖａとしてロータリーシャー２の速度を被切断材料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、その差をゼロにするように電動機の加減速制御をするデジタルサーボ制御を行うために、速度指令Ｖｒを駆動制御回路６に出力する。
【００１１】
このような鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板等の材料を切断する走間切断機は、最近、機械の小型化等により機械自体のイナーシャの低減化と、電動機の高速応答化に伴う電動機のイナーシャの低減化とが進み、機械および電動機の持つ慣性エネルギーと電動機が発生するトルクとの和が小さくなり、切断トルク不足が生じている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この切断トルク不足のため、被切断材料の板厚，材質の硬さおよび／または走行速度の条件によっては、走行する材料を切断するとき、シャーの速度が瞬時的に落ちる状態、即ち、インパクトドロップが発生する。
【００１３】
材料の板厚が薄い場合には、このインパクトドロップにより、シャー速度と材料速度とに差が生じるため、測長ロール７とロータリーシャー２の間で材料が盛り上がる状態（以下、ハンプという）が生じる。ハンプが発生した場合には、ハンプによって材料に傷がつくことになり、また、切断毎のハンプは、雑音の発生源となり作業環境を非常に悪くする。
【００１４】
また、材料の板厚が厚い場合には、インパクトドロップにより連続して走行する材料がハンプせず、ロータリーシャーにより瞬時的に止められたような状態となるため、材料の速度および／または移動量を計測する測長ロール７にスリップが生じ、パルスジェネレータ８による材料の速度および／または移動量の計測に誤差が生じ、切断精度に影響を与えることになる。また、走行する材料がシャーに瞬時的に止められたような状態で材料の速度が落ち、測長ロールの速度が低下した場合には、パルスジェネレータ８の速度が低下する。ロータリーシャーは材料と同期するよう制御されるため、パルスジェネレータの速度が低下するとシャー速度が低下する正帰還となり、ラインが停止する問題がある。
【００１５】
従来、インパクトドロップの対策には、ホールド手段およびロータリーシャー周速アップ手段等がある。ホールド手段は、シャーが噛み込む直前の材料速度を記憶し、その記憶した材料速度を速度指令とするため、インパクトドロップが発生しても速度指令が変化しないのでインパクトドロップの発生を抑制することができるが、その発生自体を防ぐことができない。そして、ホールド期間中の材料速度の変化には対応できないので、ホールド期間中に材料速度が変化した場合は、材料速度と同期して切断することができず、材料の切り口が直線ではなくなる。
【００１６】
また、ロータリーシャー周速アップ手段は、材料とシャーを同期するよう制御せずに、ロータリーシャーの周速を速くさせることにより、機械イナーシャによるエネルギーを増加し切断する方法であるが、材料とシャーを同期するように制御していないため、材料の切り口が直線ではなく、Ｖ形に切断される。従って、材料とシャーの速度差を大きくとれないこともあり、インパクトドロップの発生を抑制することができるが、その発生自体は防ぐことができない。
【００１７】
本発明の目的は、走間切断機において、インパクトドロップの発生を防止することのできるトルクブースト方法および装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続して走行する材料の速度に同期して材料を切断する走間切断機の制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト方法であって、
前記補償は、初回切断と、初回切断後の順次切断とに分けて行い、
初回切断では、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御し、
順次切断では、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定し、前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶し、前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力し、前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形し、波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御することにより、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、連続して走行する材料等の速度に同期して材料を切断する走間切断制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト装置であって、
前記補償は、初回切断手段および順次切断手段とに分けて行い、
初回切断手段は、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御する手段を有し、
順次切断手段は、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定する手段と、
前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶する手段と、
前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力する手段と、
前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形する手段と、
前記波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御する手段とを有し、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る走間切断機の一例であるロータリーシャーの制御装置について説明する。図１は、本発明に係るロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。図２は、本発明に係るトルクブースト制御部を示すブロック図である。図３は、本発明に係るトルクブースト制御を説明するフローチャート図である。図４は、ロータリーシャーにおける加減速レートおよびトルク波形図である。また、図５は、速度指令特性を示す図である。図６は、シャー切断領域を示す図である。
【００２１】
図１において、走間切断機は、軸方向周面に切断刃を有する一対のロータリーシャー２を備え、このロータリーシャー２の主軸を回転駆動するための電動機４が減速機３により結合されている。この電動機４には、電動機の速度、即ち、ロータリーシャー２の速度を検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）５が備えられている。一方、走行する材料１の速度および移動量を検出するための測長ロール７が備えられ、この測長ロール７の軸には、パルスジェネレータ（ＰＧ）８が設けられている。
【００２２】
この測長ロール７は、走行する材料１の速度および移動量を計測するために、走行する材料１の両面上下２本のロールで加圧接触、即ち、材料をニップする。材料１の走行に従って生ずる測長ロール７の回転により、パルスジェネレータ８から単位回転毎にパルスを発生させる。
【００２３】
ロータリーシャーの数値制御装置１０は、数値制御部１０Ａとトルクブースト制御部１０Ｂによって構成されている。数値制御部１０Ａは、整定時間補償器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、速度指令フィードフォワード器１８、微分器１９，２０、加速度指令フィードフォワード器２１、機械定数乗算器２２、加算器２３，２５，２７，２８，２９，加減算器２４，減算器２６によって構成されている。また、トルクブースト制御部１０Ｂは、シャー角度演算部３１とトルクブースト補償部３２とによって構成されている。
【００２４】
ロータリーシャーの数値制御装置１０の制御について、図１を参照して概略を説明する。まず、ラインが運転されると材料１が走行し、材料１の走行に伴いパルスジェネレータ８より単位回転毎に発生するパルス（材料速度ＶL ）を、数値制御部１０Ａの整定時間補償器１１および積分器１２に同時に入力する。また、パルスは、微分器１９，加減算器２４，加算器２８にも入力される。整定時間補償器１１に入力されたパルスは、電動機４の応答速度遅れ分（ｔS ）の整定時間補償信号を出力し、一方、積分器１２に入力されたパルスは、時間積分されることにより材料移動量を出力し、共に加算器２３により加算し、加算した値は、材料移動距離ｘとして位置指令発生器１３に入力される。
【００２５】
位置指令発生器１３は、材料１の切断長Ｌ0 に従って作られた任意の速度曲線に応じて材料移動量ｘの関数として材料の位置指令ｆ（ｘ）を与える。この位置指令ｆ（ｘ）は、材料の移動速度ＶL の変動によって変化しない特性を有している。位置指令ｆ（ｘ）を、微分器１４により時間微分することにより、ロータリーシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔが得られる。得られたロータリーシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔは、速度指令フォワード器１８，微分器２０，加減算器２４に入力される。
【００２６】
一方、ロータリーシャー２の回転に伴い、パルスジェネレータ５の単位回転毎に発生するパルスからロータリーシャー２の速度ＶB が得られる。シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔと、材料速度ＶL と、シャー速度ＶB とを、加減算器２４で加減算し、積分器１５に入力し、位置偏差ｅとして出力する。この位置偏差ｅは、
【００２７】
【数１】
【００２８】
で表される。この位置偏差ｅは、位置制御器１６に入力され、補償速度ＶC として出力される。
【００２９】
一方、シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔを速度指令フィードフォワード乗算器１８に入力して、αを乗算することにより速度指令フィードフォワード信号とし、これに加算器２８で材料速度ＶL を加算して速度偏差ΔＶを得る。速度偏差ΔＶは、
【００３０】
【数２】
【００３１】
で与えられる。
【００３２】
この速度偏差ΔＶを、位置制御器１６から出力された補償速度ＶC と加算器２５で加算し、加算した値から加減算器２６でシャー速度ＶB を減算し、速度制御器１７に入力し、速度基準に対する速度遅れを補正する速度遅れ補正トルク指令τA として出力する。
【００３３】
さらに、微分器１９では、入力された材料速度ＶL を時間微分して、材料加速度ｄＶL ／ｄｔを出力する。また、微分器２０では、入力されたシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔを時間微分してシャー加速度指令ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 を得る。このシャー加速度指令ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 に、加速度指令フィードフォワード乗算器２１でβを乗算することにより、加速度指令フィードフォワード信号を得る。この加速度指令フィードフォワード信号を、加算器２９で材料加速度ｄＶL ／ｄｔと加算し、その値を機械定数乗算器２２に入力して機械定数Ｊを乗算し、加速度に応じた補正トルク指令τB として出力する。このように加速度に応じた補正トルク指令τB は、シャー加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 と材料加速度ｄＶL ／ｄｔとを加算したものに機械定数（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補正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ロータリーシャーの変化に対する追従性が向上することになる。
【００３４】
この補正トルク指令τB と速度遅れ補正トルク指令τA とが加算器２７により加算され、トルク基準指令τR 、
【００３５】
【数３】
【００３６】
が形成され、トルクブースト制御回路１０Ｂに入力される。そして、トルクブースト制御回路１０Ｂからのトルク指令を駆動制御回路６に入力し、駆動制御回路６から電動機４に指令を与える。
【００３７】
このような制御構成におけるロータリーシャーの速度波形は、基本的に図５に示す曲線である。図５において、横軸は時間ｔ、縦軸はロータリーシャーの速度ＶB である。図に示すようなロータリーシャー２の加減速は直線状に変化する。ロータリーシャー２が減速して速度が零になると直ちに加速を始める場合に、切断長Ｌ0 を精度良く切断するための条件は、時間と速度との積である距離がシャー周長Ｂ0 と等しくなることが必要である。
【００３８】
図６に示すように、シャー切断領域の周長をＢW とし、図５に示すように、切断完了から切断開始までの時間をＴ＝（Ｌ0 −ＢW ）／ＶL とする。
【００３９】
図５の直線状に変化する速度指令である曲線を求めると、シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔは、
【００４０】
【数４】
【００４１】
となる。
ここで、ＶL Ｔ＝２（Ｌ0 −Ｂ0 ）であるから、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００４２】
【数５】
【００４３】
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、
【００４４】
【数６】
【００４５】
として与えると良い。
【００４６】
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、材料移動量ｘに対するシャー変速領域を示し、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 とシャー周長Ｂ0 の差分（Ｌ0 −Ｂ0 ）も、材料移動量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。
【００４７】
位置指令ｆ（ｘ）は、位置指令発生器１３で材料移動量に応じて上式に基づいて実時間で高速で演算されて出力される。
【００４８】
次に、トルクブースト制御部１０Ｂによるトルクブースト補償について説明する。トルクブースト補償は、インパクトドロップの発生を防止するために行われる。このトルクブースト補償は、走行する材料を切断する初回切断と順次切断とに分けて行われる。
【００４９】
初回切断のトルクブースト補償は、初回切断のトルク基準指令τR を逓倍して、初回切断のトルク指令として用いる。そして、順次切断のトルクブースト補償は、初回切断のシャー１回転のシャー角度位置信号より、シャーの切断開始から切断終了までの角度をワークアングルとして設定し、設定したワークアングル内に、初回切断のトルク基準指令τR を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、更に、切断トルク発生角度と切断トルク終了角度の間に検出されたトルク基準指令τR の最大レベル値を記憶する。
【００５０】
このワークアングル内に記憶された切断トルク発生角度と切断トルク終了角度およびトルク基準指令τR の最大レベル値は、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号が切断トルク発生角度に一致すると、記憶されたトルク基準指令τR の最大レベル値を切断トルク終了角度まで出力する。即ち、波形成形の開始から終了までの間にトルク基準指令τR の最大レベル値を出力し、波形成形される。そして、波形成形されたトルク基準指令τR の最大レベル値は、材料速度に依存する係数を乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令τR に加算して、トルク指令τT を生成することにより、このトルク指令τT をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御することにより、インパクトドロップの発生を防止することができる。
【００５１】
図２は、トルクブースト制御部１０Ｂの構成を示す。トルクブースト制御部１０Ｂは、シャー角度演算部３１とトルクブースト演算部３２とから構成されている。
【００５２】
シャー角度演算部３１は、シャー角度演算器７１、比較器７２、角度設定器７３により構成されている。トルクブースト演算部３２は、微分器７４、記憶器７６、切換器７７、波形成形器７８、演算器７９、加算器８０、タイミング演算器８１、先進角度設定器８２、逓倍器８６により構成される。
【００５３】
トルクブースト補償は、前述したように、走行する材料を切断する初回切断と順次切断とに分けて行われる。初回切断で得られた材料は、所定の切断長を得られず、端材として処理される。初回切断の切断完了から材料の測長を開始するので、順次切断の切断から製品として得られる。
【００５４】
図３のフローチャートを参照しながら、トルクブースト制御部１０Ｂの動作を詳細に説明する。ライン運転が開始され（ステップＳ１）、シャーが回転すると（ステップＳ２）、シャー角度演算器７１には、図１に示すシャー角度原点センサー９からシャー１回転毎の信号ＯＳ（例えば、下死点を零とした位置の信号）と、シャー駆動用電動機４のパルスジェネレータ５から単位回転毎に発生するパルス（シャー速度ＶB ）とが、各々入力される。
【００５５】
シャー角度演算器７１に入力されたパルスジェネレータ５からの単位回転毎のパルスは、シャー角度原点センサー９からシャー１回転毎の信号をリセット信号とするカウンタにより計数され、シャー１回転毎のシャー角度位置信号が演算され（ステップＳ３）、そのシャー角度位置信号を比較器７２に出力する。なお、シャー角度位置信号は、トルクブースト制御部１０Ｂの記憶器７６および波形成形器７８にも出力される。
【００５６】
比較器７２に入力されたシャー角度位置信号は、角度設定器７３により設定された図６に示すワークアングル（切断領域の周長ＢW に対応し、ワークアングル開始角度からワークアングル終了角度までの角度）と比較され（ステップＳ４）、シャー１回転毎のシャー角度位置信号が角度設定器７３に設定されたワークアングル開始角度と一致すると、ワークアングル終了角度までの角度、即ち、ワークアングルθW を、比較器７２からシャー１回転毎に記憶器７６および逓倍器８６に出力する。
【００５７】
角度設定器７３におけるワークアングル設定基準は、例えば、ロータリーシャーの上死点から１５０°の位置をワークアングル開始角度とし、ロータリーシャーの上死点から２１０°の位置をワークアングル終了角度とする。即ち、下死点を零として、±３０°の位置をワークアングルとして設定する。このワークアングルの設定は、機械仕様であり、切断する材料の板幅および板厚の最大値によって決まる。
【００５８】
一方、数値制御部１０Ａからトルクブースト演算部３２に入力されたトルク基準指令τR は、微分器７４に入力されて微分され（ステップＳ５）、微分して得た切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 とを記憶器７６に記憶する。更に、トルク基準指令τR は記憶器７６に入力され、記憶器では、切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 との間に、トルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 を記憶する（ステップＳ６）。
【００５９】
この記憶器７６に記憶された切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 、およびトルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 が、ワークアングルθW 内に記憶されたことを確認する（ステップＳ７）。
【００６０】
次に、トルクブースト補償部３２による初回切断のトルクブースト補償、および順次切断のトルクブースト補償について説明する。この初回切断のトルクブースト補償と順次切断のトルクブースト補償の切換は、切換器７７によって行われる。走間切断機の運転開始時は、切換器７７により初回切断が選択されている（ステップＳ８）。
【００６１】
この初回切断のトルクブースト補償は、トルク基準指令τR をワークアングルθW 内で逓倍して（ステップＳ９）、トルク指令τT とすることにより実施される。この初回切断時におけるトルク基準指令τR の逓倍量は、材料，機械の仕様，電動機の仕様から、切断トルク，機械応答性等を計算し、あらかじめ設定されている。トルク指令τT は、駆動制御回路６に入力されるが、トルク基準指令τR が逓倍されているので、駆動制御回路６を通して電動機４に供給される電流が逓倍されることになり、電動機４が発生するトルクはトルク基準指令τR より大きくなる。ワークアングルθW 内では、材料とシャーの速度は同期するよう制御されているので、この時、切断刃が材料に噛み込むと、電動機４が発生するトルクは、必要なトルクより大きくなり、インパクトドロップが発生することはない。初回切断が終了すると、順次切断に切換わる（ステップＳ８）。
【００６２】
次に、順次切断のトルクブースト補償について説明する。記憶器７６には、ワークアングル内に、初回切断した時の切断トルク、即ち、トルク基準指令τR を微分して得た切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 およびトルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 が記憶されている。
【００６３】
そして、記憶器７６は、トルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 を、順次切断トルクブースト補償値レベルＨ1 として、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号が切断トルク発生角度Ｂ1 と一致すると波形成形器７６に入力を開始し、シャー角度位置信号が切断トルク終了角度に一致するまで入力する（ステップＳ１０）。
【００６４】
一方、記憶器７６は、記憶している切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 を、タイミング演算器８１に出力する。タイミング演算器８１は、入力された切断トルク発生角度Ｂ1をトルクブースト開始信号Ｔ1 に、切断トルク終了角度Ｂ2 をトルクブースト終了信号Ｔ2 に置き換えて、トルクブーストのタイミング信号として波形成形器７８に入力する。
【００６５】
この波形成形器７８は、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号がトルクブースト開始信号Ｔ1 と一致すると波形成形が開始され、順次切断トルクブースト補償レベル値Ｈ1 が、三角波を形成しながら演算器７９に出力する（ステップＳ１１）。そして、シャー角度位置信号がトルクブースト終了信号Ｔ2 に一致するまで演算器７９に出力する。
【００６６】
また、タイミング演算器８１から出力するトルクブースト開始信号Ｔ1 の先進位置（タイミング位置）を、先進角度設定器８２により設定することができる。このタイミング演算器８１に設定された先進角度の値とトルクブースト開始信号Ｔ1 の値とから演算し、入力される切断トルク発生角度Ｂ1 の位置より少し手前から出力することにより、最適なトルクブーストを開始することができる。
【００６７】
演算器７９に入力された三角波は、材料速度ＶL に依存する係数と乗算されて（ステップＳ１２）、補正される（ステップＳ１３）。この演算器７９による補正は、材料速度ＶL が上昇すると、切断時のシャー速度が増大し、機械および電動機のイナーシャが持つエネルギーが増加した状態で切断が行われるため、電動機にとっては負荷トルクが減少するので、材料速度の上昇に伴って切断トルクを減少させる必要があるためである。材料速度ＶL の係数は、例えば「材料速度の二乗分の一」である。演算器７９で補正された値は、切断補正トルクτD として、加算器８０に出力される。
【００６８】
そして、加算器８０で、トルク基準指令τR と切断補正トルクτD とを加算し、トルク基準指令により大きいトルク指令τT として駆動制御回路６に与える。トルク指令τT は、ブースト補償がなされているので、ロータリーシャーの切断トルクが増大する結果、インパクトドロップの発生を防止することができる。
【００６９】
順次切断を続ける場合には（ステップＳ１４）、以上のステップＳ８，Ｓ１０〜Ｓ１４を繰り返すことになる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、走間切断機においてインパクトドロップの発生を防止でき、かつインパクトドロップに基づく材料のハンプの発生を防止できる。このため、測長ロールによる材料の移動量を正確に計測できないため切断精度に影響を与える問題、切断を停止する問題、ハンプの発生によって材料に傷がつく問題、また、切断毎の材料のハンプによる雑音の発生源となり作業環境を悪くしている問題等を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。
【図２】トルクブースト制御部を示すブロック図である。
【図３】本発明のトルクブースト制御を説明するフローチャート図である。
【図４】ロータリーシャーにおける加減速レートおよびトルク波形図である。
【図５】速度指令特性を示す図である。
【図６】シャー切断領域を示す図である。
【図７】従来のロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ ロータリーシャー
３ 減速機
４ 電動機
５，８ パルスジェネレータ（ＰＧ）
７ 測長ロール
１０ 数値制御装置
１０Ａ 数値制御部
１０Ｂ トルクブースト制御部
１１ 整定時間補償器
１２ 積分器
１３ 位置指令発生器
１４ 微分器
１５ 積分器
１６ 位置制御器
１７ 速度制御器
１８ 速度指令フィードフォワード器
１９，２０ 微分器
２１ 加速度指令フィードフォワード器
２２ 機械定数乗算器
２３，２５，２７，２８，２９ 加算器
２４ 加減算器
２６ 減算器
３１ シャー角度演算部
３２ トルクブースト補償部
７１ シャー角度演算器
７２ 比較器
７３ 角度設定器
７４ 微分器
７６ 記憶器
７７ 切換器
７８ 波形成形器
７９ 演算器
８０ 加算器
８１ タイミング演算器
８２ 先進角度設定器
８６ 逓倍器
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続して走行する材料の速度に同調して材料を切断する走間切断機において、シャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板等の材料を切断する走間切断機は、走行する材料の速度に同調して材料を切断する時、瞬時的（切断刃が材料に噛み込む時）に、切断負荷、即ち切断トルクが発生する。発生する切断トルクの大きさは、切断する材料の板厚，材料の硬さ，材料の走行速度によって異なる。
【０００３】
図７に、従来の走間切断機の一例であるロータリーシャーの数値制御回路を示す。軸方向周面に切断刃を有する一対のロータリーシャー２の主軸には、減速機３を介して電動機４が連結されている。この電動機４の軸には、電動機の回転速度と回転角、即ち、ロータリーシャー２の主軸の速度と回転角を検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）５が取り付けられている。
【０００４】
一方、連続して走行する被切断材料１の移動量を検出するための測長ロール７が備えられ、この測長ロール７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）８が取り付けられている。更に、走行する被切断材料１をロータリーシャーにより切断する毎に、切断位置を検出する切断完了位置センサ９が備えられている。
【０００５】
図７に示されているロータリーシャー２の数値制御回路７０は、特公昭６１−３３６７９号公報に開示されている。数値制御回路７０は、定尺切断回路部７０Ａと、停止制御回路部７０Ｂと、切換回路部７０Ｃとにより構成されている。
【０００６】
この定尺切断回路部７０Ａは、被切断材料１を所定の長さに正確に切断するための回路で、走行する被切断材料１をロータリーシャー２により切断する毎に、切断完了センサ９が切断完了位置を検出して切断完了位置信号を発生する毎に、切断長Ｌ0 とロータリーシャー２の周長Ｂ0 との差Ｌ＝Ｌ0 −Ｂ0 に相当するパルス数を定尺切断回路７０Ａのレジスタに読込む。
【０００７】
これは、被切断材料１の走行に伴いパルスジェネレータ８より単位回転毎に発生するパルス数Φａ（即ち、被切断材料の移動量）とロータリーシャー２の回転に伴いパルスジェネレータ５より単位回転毎に発生するΦｂ（ロータリーシャー２の回転量）との差Φａ−Φｂ、即ち、Ｒ＝Ｌ0 −Ｂ0 −（Φａ−Φｂ）により計算しながら、その差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（被切断材料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４の駆動制御回路６に速度指令として与える。
【０００８】
停止制御回路部７０Ｂは、ロータリーシャー２のシャーが切断完了位置センサ９を通過し、切断完了信号が発生する度に、あらかじめ設定されたシャーの停止距離に相当するパルス数Φｂを読込むとともに、ロータリーシャー２の回転量を表すパルス数Φｂを減算する可逆カウンタ６２および可逆カウンタの内容をこれに比例した直流電圧Ｖｂに変換するＤ／Ａ変換器６３を有する。なお、６１は停止距離設定部、６５は比較部である。
【０００９】
切断回路部７０Ｃは、被切断材料１の移動量を表す電圧Ｖａと補償電圧Ｖｃとの差Ｖ0 の極性を判別し、Ｖ0 ≧０のとき、そのことを示す信号Ｓｎを発生する極性判別コンパレータと、その極性判別コンパレータが信号Ｓｎを発生しない時はＶ0 を、また、極性判別コンパレータが信号Ｓｎを発生する時は、Ｖ1 を最終速度指令電圧Ｖｒとして電動機４の駆動制御回路６に与える切換回路とを備えている。
【００１０】
このような定尺切断制御装置７０Ａでは、被切断材料１の速度電圧Ｖａに対して補償電圧Ｖｃを減算して、前記Ｒに従い被切断材料１の速度に対して補償すると共に、切断時には前記ＲがゼロとなってＶｃ＝０、即ち、Ｖｃ＝Ｖａとしてロータリーシャー２の速度を被切断材料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、その差をゼロにするように電動機の加減速制御をするデジタルサーボ制御を行うために、速度指令Ｖｒを駆動制御回路６に出力する。
【００１１】
このような鋼板，ステンレス鋼板，アルミニウム板等の材料を切断する走間切断機は、最近、機械の小型化等により機械自体のイナーシャの低減化と、電動機の高速応答化に伴う電動機のイナーシャの低減化とが進み、機械および電動機の持つ慣性エネルギーと電動機が発生するトルクとの和が小さくなり、切断トルク不足が生じている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この切断トルク不足のため、被切断材料の板厚，材質の硬さおよび／または走行速度の条件によっては、走行する材料を切断するとき、シャーの速度が瞬時的に落ちる状態、即ち、インパクトドロップが発生する。
【００１３】
材料の板厚が薄い場合には、このインパクトドロップにより、シャー速度と材料速度とに差が生じるため、測長ロール７とロータリーシャー２の間で材料が盛り上がる状態（以下、ハンプという）が生じる。ハンプが発生した場合には、ハンプによって材料に傷がつくことになり、また、切断毎のハンプは、雑音の発生源となり作業環境を非常に悪くする。
【００１４】
また、材料の板厚が厚い場合には、インパクトドロップにより連続して走行する材料がハンプせず、ロータリーシャーにより瞬時的に止められたような状態となるため、材料の速度および／または移動量を計測する測長ロール７にスリップが生じ、パルスジェネレータ８による材料の速度および／または移動量の計測に誤差が生じ、切断精度に影響を与えることになる。また、走行する材料がシャーに瞬時的に止められたような状態で材料の速度が落ち、測長ロールの速度が低下した場合には、パルスジェネレータ８の速度が低下する。ロータリーシャーは材料と同期するよう制御されるため、パルスジェネレータの速度が低下するとシャー速度が低下する正帰還となり、ラインが停止する問題がある。
【００１５】
従来、インパクトドロップの対策には、ホールド手段およびロータリーシャー周速アップ手段等がある。ホールド手段は、シャーが噛み込む直前の材料速度を記憶し、その記憶した材料速度を速度指令とするため、インパクトドロップが発生しても速度指令が変化しないのでインパクトドロップの発生を抑制することができるが、その発生自体を防ぐことができない。そして、ホールド期間中の材料速度の変化には対応できないので、ホールド期間中に材料速度が変化した場合は、材料速度と同期して切断することができず、材料の切り口が直線ではなくなる。
【００１６】
また、ロータリーシャー周速アップ手段は、材料とシャーを同期するよう制御せずに、ロータリーシャーの周速を速くさせることにより、機械イナーシャによるエネルギーを増加し切断する方法であるが、材料とシャーを同期するように制御していないため、材料の切り口が直線ではなく、Ｖ形に切断される。従って、材料とシャーの速度差を大きくとれないこともあり、インパクトドロップの発生を抑制することができるが、その発生自体は防ぐことができない。
【００１７】
本発明の目的は、走間切断機において、インパクトドロップの発生を防止することのできるトルクブースト方法および装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続して走行する材料の速度に同期して材料を切断する走間切断機の制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト方法であって、
前記補償は、初回切断と、初回切断後の順次切断とに分けて行い、
初回切断では、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御し、
順次切断では、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定し、前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶し、前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力し、前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形し、波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御することにより、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、連続して走行する材料等の速度に同期して材料を切断する走間切断制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト装置であって、
前記補償は、初回切断手段および順次切断手段とに分けて行い、
初回切断手段は、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御する手段を有し、
順次切断手段は、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定する手段と、
前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶する手段と、
前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力する手段と、
前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形する手段と、
前記波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御する手段とを有し、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る走間切断機の一例であるロータリーシャーの制御装置について説明する。図１は、本発明に係るロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。図２は、本発明に係るトルクブースト制御部を示すブロック図である。図３は、本発明に係るトルクブースト制御を説明するフローチャート図である。図４は、ロータリーシャーにおける加減速レートおよびトルク波形図である。また、図５は、速度指令特性を示す図である。図６は、シャー切断領域を示す図である。
【００２１】
図１において、走間切断機は、軸方向周面に切断刃を有する一対のロータリーシャー２を備え、このロータリーシャー２の主軸を回転駆動するための電動機４が減速機３により結合されている。この電動機４には、電動機の速度、即ち、ロータリーシャー２の速度を検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）５が備えられている。一方、走行する材料１の速度および移動量を検出するための測長ロール７が備えられ、この測長ロール７の軸には、パルスジェネレータ（ＰＧ）８が設けられている。
【００２２】
この測長ロール７は、走行する材料１の速度および移動量を計測するために、走行する材料１の両面上下２本のロールで加圧接触、即ち、材料をニップする。材料１の走行に従って生ずる測長ロール７の回転により、パルスジェネレータ８から単位回転毎にパルスを発生させる。
【００２３】
ロータリーシャーの数値制御装置１０は、数値制御部１０Ａとトルクブースト制御部１０Ｂによって構成されている。数値制御部１０Ａは、整定時間補償器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、速度指令フィードフォワード器１８、微分器１９，２０、加速度指令フィードフォワード器２１、機械定数乗算器２２、加算器２３，２５，２７，２８，２９，加減算器２４，減算器２６によって構成されている。また、トルクブースト制御部１０Ｂは、シャー角度演算部３１とトルクブースト補償部３２とによって構成されている。
【００２４】
ロータリーシャーの数値制御装置１０の制御について、図１を参照して概略を説明する。まず、ラインが運転されると材料１が走行し、材料１の走行に伴いパルスジェネレータ８より単位回転毎に発生するパルス（材料速度ＶL ）を、数値制御部１０Ａの整定時間補償器１１および積分器１２に同時に入力する。また、パルスは、微分器１９，加減算器２４，加算器２８にも入力される。整定時間補償器１１に入力されたパルスは、電動機４の応答速度遅れ分（ｔS ）の整定時間補償信号を出力し、一方、積分器１２に入力されたパルスは、時間積分されることにより材料移動量を出力し、共に加算器２３により加算し、加算した値は、材料移動距離ｘとして位置指令発生器１３に入力される。
【００２５】
位置指令発生器１３は、材料１の切断長Ｌ0 に従って作られた任意の速度曲線に応じて材料移動量ｘの関数として材料の位置指令ｆ（ｘ）を与える。この位置指令ｆ（ｘ）は、材料の移動速度ＶL の変動によって変化しない特性を有している。位置指令ｆ（ｘ）を、微分器１４により時間微分することにより、ロータリーシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔが得られる。得られたロータリーシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔは、速度指令フォワード器１８，微分器２０，加減算器２４に入力される。
【００２６】
一方、ロータリーシャー２の回転に伴い、パルスジェネレータ５の単位回転毎に発生するパルスからロータリーシャー２の速度ＶB が得られる。シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔと、材料速度ＶL と、シャー速度ＶB とを、加減算器２４で加減算し、積分器１５に入力し、位置偏差ｅとして出力する。この位置偏差ｅは、
【００２７】
【数１】
で表される。この位置偏差ｅは、位置制御器１６に入力され、補償速度ＶC として出力される。
【００２９】
一方、シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔを速度指令フィードフォワード乗算器１８に入力して、αを乗算することにより速度指令フィードフォワード信号とし、これに加算器２８で材料速度ＶL を加算して速度偏差ΔＶを得る。速度偏差ΔＶは、
【００３０】
【数２】
で与えられる。
【００３２】
この速度偏差ΔＶを、位置制御器１６から出力された補償速度ＶC と加算器２５で加算し、加算した値から加減算器２６でシャー速度ＶB を減算し、速度制御器１７に入力し、速度基準に対する速度遅れを補正する速度遅れ補正トルク指令τA として出力する。
【００３３】
さらに、微分器１９では、入力された材料速度ＶL を時間微分して、材料加速度ｄＶL ／ｄｔを出力する。また、微分器２０では、入力されたシャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔを時間微分してシャー加速度指令ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 を得る。このシャー加速度指令ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 に、加速度指令フィードフォワード乗算器２１でβを乗算することにより、加速度指令フィードフォワード信号を得る。この加速度指令フィードフォワード信号を、加算器２９で材料加速度ｄＶL ／ｄｔと加算し、その値を機械定数乗算器２２に入力して機械定数Ｊを乗算し、加速度に応じた補正トルク指令τB として出力する。このように加速度に応じた補正トルク指令τB は、シャー加速度ｄ2 ｆ（ｘ）／ｄｔ2 と材料加速度ｄＶL ／ｄｔとを加算したものに機械定数（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補正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ロータリーシャーの変化に対する追従性が向上することになる。
【００３４】
この補正トルク指令τB と速度遅れ補正トルク指令τA とが加算器２７により加算され、トルク基準指令τR 、
【００３５】
【数３】
が形成され、トルクブースト制御回路１０Ｂに入力される。そして、トルクブースト制御回路１０Ｂからのトルク指令を駆動制御回路６に入力し、駆動制御回路６から電動機４に指令を与える。
【００３７】
このような制御構成におけるロータリーシャーの速度波形は、基本的に図５に示す曲線である。図５において、横軸は時間ｔ、縦軸はロータリーシャーの速度ＶB である。図に示すようなロータリーシャー２の加減速は直線状に変化する。ロータリーシャー２が減速して速度が零になると直ちに加速を始める場合に、切断長Ｌ0 を精度良く切断するための条件は、時間と速度との積である距離がシャー周長Ｂ0 と等しくなることが必要である。
【００３８】
図６に示すように、シャー切断領域の周長をＢW とし、図５に示すように、切断完了から切断開始までの時間をＴ＝（Ｌ0 −ＢW ）／ＶL とする。
【００３９】
図５の直線状に変化する速度指令である曲線を求めると、シャー速度指令ｄｆ（ｘ）／ｄｔは、
【００４０】
【数４】
となる。
ここで、ＶL Ｔ＝２（Ｌ0 −Ｂ0 ）であるから、位置指令ｆ（ｘ）は、
【００４２】
【数５】
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、
【００４４】
【数６】
として与えると良い。
【００４６】
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、材料移動量ｘに対するシャー変速領域を示し、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 とシャー周長Ｂ0 の差分（Ｌ0 −Ｂ0 ）も、材料移動量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。
【００４７】
位置指令ｆ（ｘ）は、位置指令発生器１３で材料移動量に応じて上式に基づいて実時間で高速で演算されて出力される。
【００４８】
次に、トルクブースト制御部１０Ｂによるトルクブースト補償について説明する。トルクブースト補償は、インパクトドロップの発生を防止するために行われる。このトルクブースト補償は、走行する材料を切断する初回切断と順次切断とに分けて行われる。
【００４９】
初回切断のトルクブースト補償は、初回切断のトルク基準指令τR を逓倍して、初回切断のトルク指令として用いる。そして、順次切断のトルクブースト補償は、初回切断のシャー１回転のシャー角度位置信号より、シャーの切断開始から切断終了までの角度をワークアングルとして設定し、設定したワークアングル内に、初回切断のトルク基準指令τR を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、更に、切断トルク発生角度と切断トルク終了角度の間に検出されたトルク基準指令τR の最大レベル値を記憶する。
【００５０】
このワークアングル内に記憶された切断トルク発生角度と切断トルク終了角度およびトルク基準指令τR の最大レベル値は、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号が切断トルク発生角度に一致すると、記憶されたトルク基準指令τR の最大レベル値を切断トルク終了角度まで出力する。即ち、波形成形の開始から終了までの間にトルク基準指令τR の最大レベル値を出力し、波形成形される。そして、波形成形されたトルク基準指令τR の最大レベル値は、材料速度に依存する係数を乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令τR に加算して、トルク指令τT を生成することにより、このトルク指令τT をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御することにより、インパクトドロップの発生を防止することができる。
【００５１】
図２は、トルクブースト制御部１０Ｂの構成を示す。トルクブースト制御部１０Ｂは、シャー角度演算部３１とトルクブースト演算部３２とから構成されている。
【００５２】
シャー角度演算部３１は、シャー角度演算器７１、比較器７２、角度設定器７３により構成されている。トルクブースト演算部３２は、微分器７４、記憶器７６、切換器７７、波形成形器７８、演算器７９、加算器８０、タイミング演算器８１、先進角度設定器８２、逓倍器８６により構成される。
【００５３】
トルクブースト補償は、前述したように、走行する材料を切断する初回切断と順次切断とに分けて行われる。初回切断で得られた材料は、所定の切断長を得られず、端材として処理される。初回切断の切断完了から材料の測長を開始するので、順次切断の切断から製品として得られる。
【００５４】
図３のフローチャートを参照しながら、トルクブースト制御部１０Ｂの動作を詳細に説明する。ライン運転が開始され（ステップＳ１）、シャーが回転すると（ステップＳ２）、シャー角度演算器７１には、図１に示すシャー角度原点センサー９からシャー１回転毎の信号ＯＳ（例えば、下死点を零とした位置の信号）と、シャー駆動用電動機４のパルスジェネレータ５から単位回転毎に発生するパルス（シャー速度ＶB ）とが、各々入力される。
【００５５】
シャー角度演算器７１に入力されたパルスジェネレータ５からの単位回転毎のパルスは、シャー角度原点センサー９からシャー１回転毎の信号をリセット信号とするカウンタにより計数され、シャー１回転毎のシャー角度位置信号が演算され（ステップＳ３）、そのシャー角度位置信号を比較器７２に出力する。なお、シャー角度位置信号は、トルクブースト制御部１０Ｂの記憶器７６および波形成形器７８にも出力される。
【００５６】
比較器７２に入力されたシャー角度位置信号は、角度設定器７３により設定された図６に示すワークアングル（切断領域の周長ＢW に対応し、ワークアングル開始角度からワークアングル終了角度までの角度）と比較され（ステップＳ４）、シャー１回転毎のシャー角度位置信号が角度設定器７３に設定されたワークアングル開始角度と一致すると、ワークアングル終了角度までの角度、即ち、ワークアングルθW を、比較器７２からシャー１回転毎に記憶器７６および逓倍器８６に出力する。
【００５７】
角度設定器７３におけるワークアングル設定基準は、例えば、ロータリーシャーの上死点から１５０°の位置をワークアングル開始角度とし、ロータリーシャーの上死点から２１０°の位置をワークアングル終了角度とする。即ち、下死点を零として、±３０°の位置をワークアングルとして設定する。このワークアングルの設定は、機械仕様であり、切断する材料の板幅および板厚の最大値によって決まる。
【００５８】
一方、数値制御部１０Ａからトルクブースト演算部３２に入力されたトルク基準指令τR は、微分器７４に入力されて微分され（ステップＳ５）、微分して得た切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 とを記憶器７６に記憶する。更に、トルク基準指令τR は記憶器７６に入力され、記憶器では、切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 との間に、トルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 を記憶する（ステップＳ６）。
【００５９】
この記憶器７６に記憶された切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 、およびトルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 が、ワークアングルθW 内に記憶されたことを確認する（ステップＳ７）。
【００６０】
次に、トルクブースト補償部３２による初回切断のトルクブースト補償、および順次切断のトルクブースト補償について説明する。この初回切断のトルクブースト補償と順次切断のトルクブースト補償の切換は、切換器７７によって行われる。走間切断機の運転開始時は、切換器７７により初回切断が選択されている（ステップＳ８）。
【００６１】
この初回切断のトルクブースト補償は、トルク基準指令τR をワークアングルθW 内で逓倍して（ステップＳ９）、トルク指令τT とすることにより実施される。この初回切断時におけるトルク基準指令τR の逓倍量は、材料，機械の仕様，電動機の仕様から、切断トルク，機械応答性等を計算し、あらかじめ設定されている。トルク指令τT は、駆動制御回路６に入力されるが、トルク基準指令τR が逓倍されているので、駆動制御回路６を通して電動機４に供給される電流が逓倍されることになり、電動機４が発生するトルクはトルク基準指令τR より大きくなる。ワークアングルθW 内では、材料とシャーの速度は同期するよう制御されているので、この時、切断刃が材料に噛み込むと、電動機４が発生するトルクは、必要なトルクより大きくなり、インパクトドロップが発生することはない。初回切断が終了すると、順次切断に切換わる（ステップＳ８）。
【００６２】
次に、順次切断のトルクブースト補償について説明する。記憶器７６には、ワークアングル内に、初回切断した時の切断トルク、即ち、トルク基準指令τR を微分して得た切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 およびトルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 が記憶されている。
【００６３】
そして、記憶器７６は、トルク基準指令τR の最大レベル値Ｈ1 を、順次切断トルクブースト補償値レベルＨ1 として、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号が切断トルク発生角度Ｂ1 と一致すると波形成形器７６に入力を開始し、シャー角度位置信号が切断トルク終了角度に一致するまで入力する（ステップＳ１０）。
【００６４】
一方、記憶器７６は、記憶している切断トルク発生角度Ｂ1 と切断トルク終了角度Ｂ2 を、タイミング演算器８１に出力する。タイミング演算器８１は、入力された切断トルク発生角度Ｂ1をトルクブースト開始信号Ｔ1 に、切断トルク終了角度Ｂ2 をトルクブースト終了信号Ｔ2 に置き換えて、トルクブーストのタイミング信号として波形成形器７８に入力する。
【００６５】
この波形成形器７８は、順次切断のシャー１回転毎のシャー角度位置信号がトルクブースト開始信号Ｔ1 と一致すると波形成形が開始され、順次切断トルクブースト補償レベル値Ｈ1 が、三角波を形成しながら演算器７９に出力する（ステップＳ１１）。そして、シャー角度位置信号がトルクブースト終了信号Ｔ2 に一致するまで演算器７９に出力する。
【００６６】
また、タイミング演算器８１から出力するトルクブースト開始信号Ｔ1 の先進位置（タイミング位置）を、先進角度設定器８２により設定することができる。このタイミング演算器８１に設定された先進角度の値とトルクブースト開始信号Ｔ1 の値とから演算し、入力される切断トルク発生角度Ｂ1 の位置より少し手前から出力することにより、最適なトルクブーストを開始することができる。
【００６７】
演算器７９に入力された三角波は、材料速度ＶL に依存する係数と乗算されて（ステップＳ１２）、補正される（ステップＳ１３）。この演算器７９による補正は、材料速度ＶL が上昇すると、切断時のシャー速度が増大し、機械および電動機のイナーシャが持つエネルギーが増加した状態で切断が行われるため、電動機にとっては負荷トルクが減少するので、材料速度の上昇に伴って切断トルクを減少させる必要があるためである。材料速度ＶL の係数は、例えば「材料速度の二乗分の一」である。演算器７９で補正された値は、切断補正トルクτD として、加算器８０に出力される。
【００６８】
そして、加算器８０で、トルク基準指令τR と切断補正トルクτD とを加算し、トルク基準指令により大きいトルク指令τT として駆動制御回路６に与える。トルク指令τT は、ブースト補償がなされているので、ロータリーシャーの切断トルクが増大する結果、インパクトドロップの発生を防止することができる。
【００６９】
順次切断を続ける場合には（ステップＳ１４）、以上のステップＳ８，Ｓ１０〜Ｓ１４を繰り返すことになる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、走間切断機においてインパクトドロップの発生を防止でき、かつインパクトドロップに基づく材料のハンプの発生を防止できる。このため、測長ロールによる材料の移動量を正確に計測できないため切断精度に影響を与える問題、切断を停止する問題、ハンプの発生によって材料に傷がつく問題、また、切断毎の材料のハンプによる雑音の発生源となり作業環境を悪くしている問題等を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。
【図２】トルクブースト制御部を示すブロック図である。
【図３】本発明のトルクブースト制御を説明するフローチャート図である。
【図４】ロータリーシャーにおける加減速レートおよびトルク波形図である。
【図５】速度指令特性を示す図である。
【図６】シャー切断領域を示す図である。
【図７】従来のロータリーシャーの制御構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ ロータリーシャー
３ 減速機
４ 電動機
５，８ パルスジェネレータ（ＰＧ）
７ 測長ロール
１０ 数値制御装置
１０Ａ 数値制御部
１０Ｂ トルクブースト制御部
１１ 整定時間補償器
１２ 積分器
１３ 位置指令発生器
１４ 微分器
１５ 積分器
１６ 位置制御器
１７ 速度制御器
１８ 速度指令フィードフォワード器
１９，２０ 微分器
２１ 加速度指令フィードフォワード器
２２ 機械定数乗算器
２３，２５，２７，２８，２９ 加算器
２４ 加減算器
２６ 減算器
３１ シャー角度演算部
３２ トルクブースト補償部
７１ シャー角度演算器
７２ 比較器
７３ 角度設定器
７４ 微分器
７６ 記憶器
７７ 切換器
７８ 波形成形器
７９ 演算器
８０ 加算器
８１ タイミング演算器
８２ 先進角度設定器
８６ 逓倍器
Claims (4)
- 連続して走行する材料の速度に同期して材料を切断する走間切断機の制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト方法であって、
前記補償は、初回切断と、初回切断後の順次切断とに分けて行い、
初回切断では、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御し、
順次切断では、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定し、前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶し、前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力し、前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形し、波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御することにより、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする走間切断機のトルクブースト方法。 - 前記シャー１回転毎に波形成形を開始するタイミングを、前記トルク発生角度より先進的に設定することを特徴とする請求項１に記載の走間切断機のトルクブースト方法。
- 連続して走行する材料等の速度に同期して材料を切断する走間切断制御装置において、前記材料をシャーの１回転毎の切断による切断トルク不足を補償するトルクブースト装置であって、
前記補償は、初回切断手段および順次切断手段とに分けて行い、
初回切断手段は、前記材料の初回切断におけるトルク値をトルク基準指令値として逓倍して、トルク指令値を生成し、生成されたトルク指令値をシャーの駆動制御回路を通して電動機に与えて制御する手段を有し、
順次切断手段は、シャー１回転の角度より、前記シャーの切断開始から切断終了までの角度を設け、前記角度をワークアングルとして設定する手段と、
前記設定したワークアングル内に、前記トルク基準指令値を微分して得た切断トルク発生角度と切断トルク終了角度とを記憶し、前記切断トルク発生角度と切断トルク終了角度間に前記トルク基準指令値の最大レベル値を記憶する手段と、
前記シャー１回転毎に記憶した切断トルク発生角度、切断トルク終了角度およびトルク基準指令値の最大レベル値を出力する手段と、
前記トルク基準指令値の最大レベル値を前記シャー１回転毎のトルク発生角度とトルク終了角度間で波形成形する手段と、
前記波形成形した値と材料速度に依存する係数とを乗算することにより、順次トルクブースト補償値を求め、シャー１回転毎のトルク基準指令値に加算して、トルク指令値を生成し、前記トルク指令値をシャーの駆動制御回路に与え電動機を制御する手段とを有し、
インパクトドロップの発生を防止することを特徴とする走間切断機のトルクブースト装置。 - 前記シャー１回転毎に波形成形を開始するタイミングを、前記トルク発生角度より先進的に設定することを特徴とする請求項３に記載の走間切断機のトルクブースト装置。
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