JP3940604B2 - 帯状材の送り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプレス機械に対して帯状材を供給する送り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼やアルミニウム等よりなる薄板帯状の素材（帯状材）を連続的にプレス機械等に供給して、プレス加工や切断加工などを行う加工工程は、例えば図４（ｂ）に示すような一連の設備によって行われる。即ち、帯状材１をコイル状に巻回したもの（即ち、コイル材１ａ）をアンコイラと呼ばれる機械で巻き戻し方向に回転させてその外周から帯状材１を随時繰り出すとともに、このアンコイラの後流（プレス機械等の前流）において矯正装置（いわゆるレベラ）に帯状材１を通して平坦に矯正した後、ロールフィーダ（或いはコイルフィーダ）と呼ばれる送り装置によって矯正後の帯状材１を所定量ずつプレス機械等に対して送り出して位置決めし、プレス加工等を行っている。
そして、従来の一般的な送り装置は、例えば図４（ａ）に示すように、帯状材１を挟み付けて回転することによって帯状材１の送り動作を実現する少なくとも一対のフィードロール１１ａ，１１ｂと、このフィードロール１１ａ，１１ｂのうちの少なくとも一方を駆動するモータ１２（例えば、サーボモータ）と、このモータ１２の回転に応じた駆動側位置検出信号を出力する駆動側位置検出器１３（例えば、パルス発生器；いわゆるエンコーダ）と、モータ１２の動作をフィードバック制御するコントローラ１４とを備え、コントローラ１４の位置フィードバック制御系が、前記駆動側位置検出信号を位置フィードバック値とする制御ループよりなる構成であった。
【０００３】
ここでロールフィーダは、レベラと一体化されたレベラフィーダとして設置される場合もあるが、この場合でも、送り装置としての位置フィードバック制御系の一般的な構成は、上述のとおり（駆動側位置検出信号を位置フィードバック値とする単一の制御ループよりなる構成）であった。
なお、図４（ａ）において符号１５で示すものは、駆動側位置検出信号（駆動側位置検出器１３の出力）を微分処理することによって速度フィードバック値を生成する位置速度変換部である。また符号１６は、例えばユーザの操作によって設定された送り量に応じた位置指令（モータ１２の回転位置の指令値）を適宜設定し出力する送り長さ設定部である。また符号１７は、前記位置指令と位置フィードバック値の偏差（位置の偏差）に応じた速度指令（モータ１２の回転速度の指令値）を生成して出力する速度指令生成部である。また符号１８は、前記速度指令と速度フィードバック値の偏差（速度の偏差）に応じたトルク指令（モータ１２の出力トルク、即ちモータ１２の電流の指令値）を生成して出力するトルク指令生成部である。また符号１９は、前記トルク指令と後述するトルクフィードバック値（モータ１２の電流検出値）の偏差（トルクの偏差）に応じたモータ駆動信号（例えば、モータ１２をＰＷＭ駆動する場合の駆動回路のデューティ比を指令する信号）を生成して出力するモータ駆動信号生成部である。また符号２０は、前記モータ駆動信号に応じてモータ１２の通電制御を行うモータ駆動部（いわゆるサーボ制御用のアンプ）である。
【０００４】
ここで、送り長さ設定部１６は、図示省略した操作パネルからの操作信号（或いは、設定データ）を受けて、設定されたプログラムに従って制御処理を行う手段（例えばシーケンサ）よりなり、運転中においては、所定タイミングで設定された送り量だけ帯状材１を送るべく、後流設備（例えば、プレス機械）からの同期信号（例えば、プレス機械のクランク軸の回転位置を検出するアブソリュートエンコーダやロータリーカムスイッチなどの信号）を読み取りつつ、モータ１２の目標回転位置を指令する信号又はデータ等を生成して速度指令生成部１７に対して出力する（或いは、書き込む）ものである。
また、モータ駆動部２０は、例えばモータ１２をＰＷＭ駆動するための駆動回路（例えばＦＥＴなどのスイッチング素子をモータ１２に対してＨブリッジ形に４個接続してなるブリッジ回路）や、この駆動回路における所定のスイッチング素子を前記モータ駆動信号に応じたデューティ比で駆動制御する制御回路、及び、トルクフィードバック値としてのモータ１２の電流値を検出する電流検出回路を有するものである。
なお、コントローラ１４は、上述した各要素を全て含む一体のユニットとして設けられていてもよいが、通常は、複数のユニットからなる制御装置として構成されている。例えば、送り長さ設定部１６及び速度指令生成部１７としての上位装置と、位置速度変換部１５、トルク指令生成部１８、モータ駆動信号生成部１９、及びモータ駆動部２０としてのドライブユニットの二つのユニットからなる。
いずれにしろ、上記コントローラ１４によれば、モータ１２の回転位置の偏差（指令値とフィードバック値の差）が常にゼロに近づくように、モータ１２が駆動され、その結果、帯状材１が後流設備の運転に同期した所定タイミングで設定された送り量だけ送り出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の送り装置は、上述したように、位置フィードバック制御系が駆動側位置検出信号を位置フィードバック値とする制御ループよりなる構成であったので、高速送りが可能となるものの、高い送り精度（プレス機械等に対する材料の位置決め精度）が得られないという問題があった。というのは、モータ１２からフィードロール１１ａ，１１ｂまでの駆動伝達機構には、当然にねじれ（変形）やバックラッシュ（ガタ）が僅かに存在し、またフィードロール１１ａ，１１ｂと材料（帯状材１）との間には場合によっては僅かなスリップが発生するが、従来の位置フィードバック制御系ではモータ１２の回転位置のみが制御され、上述したモータ１２の負荷側におけるガタツキやスリップ等が制御上全く考慮されないため、その分だけ位置決め精度の誤差が増加するからである。
【０００６】
なお、上述した送り精度を高める対策としては、例えば図５に示すような構成とすることが考えられる。即ち、フィードロール１１ａ，１１ｂの下流側（又は上流側）に、帯状材１を軽く挟み付ける状態で回転自在に設置され帯状材の送り動作に従って回転する少なくとも一対のメジャーロール２１ａ，２１ｂを設置するとともに、このメジャーロール２１ａ，２１ｂの回転に応じた被駆動側位置検出信号を出力する被駆動側位置検出器２２（例えば、エンコーダ）を設け、この被駆動側位置検出信号を位置フィードバック値としてフィードバック制御を行うコントローラ１４ａとする構成である。この場合、メジャーロール２１ａ，２１ｂには帯状材１を送るための駆動トルクがかからないので、メジャーロール２１ａ，２１ｂと帯状材１の間にはスリップがほとんど発生しない。このため、位置フィードバック値として使用される被駆動側位置検出信号は、帯状材１の送り量にそのまま対応することになる。そして、この位置フィードバック値（被駆動側位置検出信号）が位置指令に一致するようにフィードバック制御されるので、高い送り精度が実現できる。
【０００７】
しかしこのように、メジャーロール２１ａ，２１ｂによる送り長さ測定結果（即ち、被駆動側位置検出信号）を単純に位置フィードバック値とする構成では、いわゆるハンチングが発生し易く、位置制御ループのゲインを高く設定できないため、整定時間が長くなって高速送りができなくなるという弊害があった。この場合、従来と同程度の高速送りを実現すべく位置制御ループのゲインを高く設定すると、前述のねじれやバックラッシュなどの影響で制御系のハンチングが発生して、例えば、静止すべき状況でモータ１２の回転軸やフィードロール１１ａ，１１ｂが振動してしまうなどの不具合が発生するからである。
そこで本発明は、メジャーロールを備えて送り精度の向上が実現され、しかも従来と同程度の高速送りが可能な送り装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による送り装置は、帯状材を送り出す送り装置であって、
帯状材を挟み付けて回転することによって帯状材の送り動作を実現する少なくとも一対のフィードロールと、このフィードロールの下流側又は上流側に配置され、帯状材の送り動作に応じて回転するメジャーロールと、前記フィードロールを駆動するモータと、前記モータの回転に応じた駆動側位置検出信号を出力する駆動側位置検出器と、前記メジャーロールの回転に応じた被駆動側位置検出信号を出力する被駆動側位置検出器と、前記モータの動作をフィードバック制御するコントローラとを備え、
前記コントローラの位置フィードバック制御系が、前記駆動側位置検出信号に基づく位置データをフィードバックする第１制御ループと、前記被駆動側位置検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位置データの差をフィードバックする第２制御ループとよりなり、これら二つの制御ループのフィードバック値を加算して最終的な位置フィードバック値とする構成であることを特徴とする。
即ち、駆動側位置検出信号に基づく位置データ（送り量に対応するデータ）をＰ１、被駆動側位置検出信号に基づく位置データをＰ２とした場合、最終的な位置フィードバック値のデータＰが、例えばＰ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｐ１、或いはＰ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｇ（Ｐ１）となる構成である。ここでＦは、上記差（Ｐ２−Ｐ１）に対して第２制御ループのフィードバック値を決定する関数を意味する。またＧは、上記位置データＰ１に対して第１制御ループのフィードバック値を決定する関数を意味する。
なお、「最終的な位置フィードバック値」とは、制御対象（モータ）に対する操作量（モータ電流等の制御目標値）の基となる位置の偏差を生成するための位置フィードバック値（位置の現在値）を意味する。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様として、請求項２記載の送り装置は、前記被駆動側位置検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位置データの差（Ｐ２−Ｐ１）に対して、ローパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、前記第２制御ループのフィードバック値（Ｆ（Ｐ２−Ｐ１））として前記第１制御ループのフィードバック値（例えばＰ１）に加算して最終的な位置フィードバック値（Ｐ）とするものである。即ち、前述した関数Ｆがローパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理に相当するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１は、本例の送り装置（ロールフィーダ）の主にコントローラの構成を示す図であり、図２は、本例の送り装置の機械部分（コントローラを除く部分）の要部側面図である。なお、図４や図５により既に説明したものと同様の構成要素については、同符号を使用して重複する説明を省略する。
本例のロールフィーダは、図２に示すように、案内ロール３０と、ピンチロール３１と、一対のフィードロール１１ａ，１１ｂと、メジャーロール２１ａ，２１ｂとが、帯状材１の通過位置に沿って配置されたもので、付帯機器としては、コントローラ１４ｂ（図１に示す）や操作パネル（図示省略）などを備える。
【００１１】
ここで、案内ロール３０やピンチロール３１は、帯状材１の入口側に回転自在に設けられ、フィードロール１１ａ，１１ｂに向かって帯状材１を案内するものである。
また、フィードロール１１ａ，１１ｂは、帯状材１を後流設備（例えば、プレス機）に送り込む力を帯状材１に加えるロールであり、帯状材１を挟み付けた状態で回転可能に配設され、この場合下側のフィードロール１１ｂが、その下方に配設されたモータ１２によって回転駆動される。なお、図２において符号３２，３３，３４で示すものは、上記モータ１２の回転出力をフィードロール１１ｂに減速して伝達するためのベルト（例えば、タイミングベルト）やプーリである。また、モータ１２はサーボモータであり、このモータ１２の出力軸の回転を入力とするエンコーダ１３（駆動側位置検出器）が同軸上に取り付けられている。
【００１２】
次に、メジャーロール２１ａ，２１ｂは、帯状材１の送り量を測定するためのロールであり、帯状材１を軽く挟み付けた状態で回転自在に配設され、帯状材１の送り動作に連動するように回転するものである。この場合、下側のメジャーロール２１ｂの下方には、エンコーダ２２（被駆動側位置検出器）が配設され、このメジャーロール２１ｂの回転がベルト３５及びプーリ（符号省略）によってエンコーダ２２に伝達される構成となっている。
また、操作パネルは、送り長さ設定部１６を構成する上位装置に電気的に接続された操作部であり、操作用の各種押しボタンや表示部がその上面に設けられたものである。モータ１２などのマニュアル操作や、各種のデータ設定操作などが、この操作パネルから容易に可能となっている。なお、操作パネルから予め作業者が設定するデータとしては、帯状材１の周期的送り量（後流設備である例えばプレス機械の１周期の動作に対して帯状材１を所定タイミングで送る際の送り長さ）などがある。
【００１３】
次に、本例のロールフィーダの制御系について説明する。
本例のロールフィーダは、図１に示すコントローラ１４ｂを備える。このコントローラ１４ｂの位置フィードバック制御系は、エンコーダ１３の出力（駆動側位置検出信号）に基づく位置データＰ１をフィードバックする第１制御ループＬ１と、エンコーダ２２の出力（被駆動側位置検出信号）に基づく位置データＰ２と前記位置データＰ１の差（Ｐ２−Ｐ１）をフィードバックする第２制御ループＬ２とよりなり、これら二つの制御ループのフィードバック値を加算して最終的な位置フィードバック値Ｐ（Ｐ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｐ１）とする構成である。ここでＦは、図１に示すフィルタ部４１の入力と出力の関係に相当する関数である。フィルタ部４１は、コントローラ１４ｂを構成するマイクロコンピュータ（上位装置）の処理機能によって実現されるもので、前記位置データの差（Ｐ２−Ｐ１）に対してローパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、第２制御ループＬ２のフィードバック値（Ｆ（Ｐ２−Ｐ１））として出力する要素である。なお定常的には、Ｐ１＝Ｐ２の場合、Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＝Ｆ（０）＝０となり、Ｐ＝Ｐ１となる。このようなフィルタ部４１があると、第２制御ループＬ２のゲインを容易に低く設定できる。
【００１４】
以上説明したロールフィーダであると、第１制御ループＬ１のゲインを高く設定することにより、整定時間の短い迅速な送り動作が可能となり、しかも、上述したフィルタ部４１の作用等によって第２制御ループＬ２のゲインを比較的低く設定することにより、ハンチングを防止しつつ高い送り精度が得られる。
なお図３は、整定時間が短くなる効果を説明する図である。通常、送り長さ設定部１６から出力される位置指令は、帯状材１の送り量として見ると、図３の上段において符号Ｐ０で示すように変化する。また、これに対する送り速度は、図３の下段において符号Ｖ０で示すように変化する。即ち、一回の送り動作では、停止状態から一定加速度で加速した後、一定速度を保ち、その後一定加速度で減速して停止することによって、所定量の送り量を実現するように位置指令が変化する。しかし、実際の帯状材１の動作は、この位置指令に対して制御ループのゲインに応じた遅れをもっており、図３の上段において符号ＰＡ又はＰＢで示すように、或いは図３の下段において符号ＶＡ又はＶＢで示すように変化する。そして、前述した図５に示した構成（単純にメジャーロールの回転位置をフィードバックした単一の制御ループよりなる構成）では、ハンチングを防止すべくゲインを低くせざるを得ない制御ループのみによるフィードバック制御であるため、図３の上段において符号ＰＢで示すように、或いは図３の下段において符号ＶＢで示すように、指令に対して大きな遅れをもった送り動作となり、図３の下段に示すような大きな整定時間ＴＢ（例えば１００ｍｓｅｃ〜３００ｍｓｅｃ程度）が必要となる。ところが、本例のように第１制御ループＬ１と第２制御ループＬ２を有する構成であると、図４に示した従来の構成と同様に、指令に対する遅れが少なくなり、整定時間も小さくなる。即ち、図３の上段において符号ＰＡで示すように、或いは図３の下段において符号ＶＡで示すように、指令に対して小さな遅れで迅速に送り動作が実現され、図３の下段に示すような小さな整定時間ＴＡ（例えば１０ｍｓｅｃ〜４０ｍｓｅｃ程度）となる。
ちなみに発明者らは、本例と同構成の実機によって、上述したような迅速な送り動作が可能となること、また図５に示した構成と同程度の高い送り精度が得られること、さらにはハンチングが発生しないことを確認している。
【００１５】
なお、本発明は上記形態例の態様に限られず、各種の変形や応用があり得る。例えば、図１におけるフィルタ部４１のような要素は必ずしも必要ではない。図１におけるエンコーダ１３，２２の特性や他の信号伝達要素の特性によっては、図１のようなフィルタ部４１を設けないで、第２制御ループＬ２のゲインを低く設定できる態様もあり得るからである。また、フィルタ部４１の代わりに、入力を一定の比率で減少させて出力する比例要素などを設けて、第２制御ループＬ２のゲインを低く設定してもよい。
また、第１制御ループＬ１のゲインを適度な高さに設定するなどのために、第１制御ループＬ１においても、エンコーダ１３からの入力データに対してリミッタ処理等を加えるフィルタ部を設けてもよい。この場合、最終的な位置フィードバック値Ｐは、Ｐ＝Ｆ（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｇ（Ｐ１）となる。
また、コントローラを構成する要素（例えばフィルタ部４１や速度指令生成部１７など）は、マイクロコンピュータの情報処理によってソフト的に実現される態様に限られず、マイクロコンピュータとは別個の専用回路によってハード的に実現されてもよい。
また、フィーダ（送り装置）を含む設備（例えば、レベラとフィーダが一体化されたレベラフィーダ）に対しても、本発明が適用できるのはいうまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の送り装置は、コントローラの位置フィードバック制御系が、駆動側位置検出信号に基づく位置データをフィードバックする第１制御ループと、被駆動側位置検出信号に基づく位置データと駆動側位置検出信号に基づく位置データの差をフィードバックする第２制御ループとよりなり、これら二つの制御ループのフィードバック値を加算して最終的な位置フィードバック値とする構成である。このため、第１制御ループのゲインを高く設定することにより、整定時間の短い迅速な送り動作が可能となり、しかも、第２制御ループのゲインを比較的低く設定することにより、ハンチングを防止しつつ高い送り精度が得られる。
また請求項２記載のように、前記位置データの差に対してローパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、第２制御ループのフィードバック値として第１制御ループのフィードバック値に加算して最終的な位置フィードバック値とする構成である場合には、第２制御ループのゲインを比較的低く設定してハンチングを防止することが容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送り装置の構成を示す図である。
【図２】送り装置の機械部分の要部側面図である。
【図３】送り動作の指令に対する遅れを説明する図である。
【図４】従来の送り装置の構成を示す図である。
【図５】メジャーロールのある送り装置（比較例）の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 帯状材
１１ａ，１１ｂ フィードロール
１２ モータ
１３ エンコーダ（駆動側位置検出器）
１４ｂ コントローラ
２１ａ，２１ｂ メジャーロール
２２ エンコーダ（被駆動側位置検出器）
Ｌ１ 第１制御ループ
Ｌ２ 第２制御ループ

Claims (2)

1. 帯状材を送り出す送り装置であって、
   帯状材を挟み付けて回転することによって帯状材の送り動作を実現する少なくとも一対のフィードロールと、このフィードロールの下流側又は上流側に配置され、帯状材の送り動作に応じて回転するメジャーロールと、前記フィードロールを駆動するモータと、前記モータの回転に応じた駆動側位置検出信号を出力する駆動側位置検出器と、前記メジャーロールの回転に応じた被駆動側位置検出信号を出力する被駆動側位置検出器と、前記モータの動作をフィードバック制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラの位置フィードバック制御系が、前記駆動側位置検出信号に基づく位置データをフィードバックする第１制御ループと、前記被駆動側位置検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位置データの差をフィードバックする第２制御ループとよりなり、これら二つの制御ループのフィードバック値を加算して最終的な位置フィードバック値とする構成であることを特徴とする帯状材の送り装置。
2. 前記コントローラは、前記被駆動側位置検出信号に基づく位置データと前記駆動側位置検出信号に基づく位置データの差に対して、ローパスフィルタ処理又は／及びリミッタ処理をかけたものを、前記第２制御ループのフィードバック値として前記第１制御ループのフィードバック値に加算して最終的な位置フィードバック値とする構成であることを特徴とする請求項１記載の帯状材の送り装置。

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