JP5991258B2

JP5991258B2 - ツードラムワインダ

Info

Publication number: JP5991258B2
Application number: JP2013089365A
Authority: JP
Inventors: 大河内　俊夫; 俊夫大河内
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP2014213952A

Description

この発明は、ツードラムワインダに関する。

紙、フィルム、金属箔などの広幅の帯状シートをロール状に巻き取るワインダ（巻取機）設備が知られている。ワインダ設備として、ワインダドラムが１つの「シングルドラムワインダ」と、ワインダドラムが２つの「ツードラムワインダ」が知られている。

ツードラムワインダは、並列に配置された２本のワインダドラム上に巻取軸を配置し、２本のワインダドラムを回転させて帯状シートを巻取軸に巻き取らせて巻取品を製造する。例えば、ツードラムワインダは、製紙工場の抄紙工程の出口に設けられ、帯状の紙をロール状に巻き取ったロール紙を製造する。

巻取品の真円度は、その異常が製紙工場のカッター設備や出荷後のユーザ装置といった後工程での操業トラブルに繋がる重要な品質項目である。例えば、巻取品が新聞印刷用のロール紙である場合、巻取品は、印刷工場に出荷された後、そのままの形状で輪転機にかけられ、巻き戻されながら印刷される。このとき巻取品の断面形状が真円でなく偏芯していると印刷ズレや断紙などの原因となる。そのため製紙工場では、抄紙工程後の工程（例えば包装工程）において、巻取品の真円度を検査して基準を満たすものだけを出荷している。

巻取品の真円度は目視での検出が難しく、専用の検査装置を使用して測定される。専用の検査装置として、特許文献１には、ワインダで製造された巻取品をセットし、巻取品を回転させながら巻取品の半径の最大値と最小値を検出し、その差から偏芯量を測定する偏芯検査装置が開示されている。

特開２０００−１８０１１７号公報

一般に、ワインダで製造された巻取品は、ワインダから卸され、その後の工程（後工程）において、ワインダとは別体の検査装置（例えば、特許文献１の偏芯検査装置）に載せ替えられ、その真円度が検査される。そのため、巻取品の真円度が基準を満たさない場合には、後工程においてその巻取品を取り除く作業が生じ、操業効率の悪化を招く要因となっていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、帯状シートの巻取段階で巻取品の真円度を検査することのできるツードラムワインダを提供することを目的とする。

この発明は、上記の目的を達成するため、並列に配置された２本のワインダドラム上に巻取軸を配置し、２本のワインダドラムを回転させて帯状シートを巻取軸に巻き取るツードラムワインダであって、
前記巻取軸の軸心位置を検出する軸心位置検出手段と、
前記巻取軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記巻取軸への巻き取り終盤において、前記巻取軸の回転速度が設定速度以下まで低下した場合に、前記巻取軸の軸心位置を複数検出し、該複数検出された軸心位置の偏差が軸心偏差許容値よりも大きい場合に異常信号を出力する第１異常検出手段と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記ツードラムワインダは、前記巻取軸に巻き取られた巻取品の長さもしくは径が設定値に達する場合に、巻き取られる前記帯状シートを切断する切断手段を更に備え、
前記巻き取り終盤は、前記切断手段により前記帯状シートが切断されてから前記巻取軸の回転が停止するまでの期間、または、前記帯状シートが切断される直前の期間である。

好ましくは、前記設定速度は、前記巻取軸が１回転する間に、前記軸心位置検出手段が前記巻取軸の軸心位置を複数回検出可能な回転速度である。

好ましくは、前記ツードラムワインダは、
前記巻取軸に巻き取られた巻取品の径を算出する径算出手段と、
前記巻き取り終盤において、前記巻取軸の回転速度が設定速度以下まで低下した場合に、前記巻取品の径を複数検出し、該複数検出された径の偏差が径偏差許容値よりも大きい場合に異常信号を出力する第２異常検出手段と、を更に備える。

この発明によれば、ツードラムワインダによる帯状シートの巻取段階で巻取品の真円度を検査することができる。

本発明の実施の形態に係るツードラムワインダの構成を説明するための模式図である。本発明の実施の形態に係る巻取品真円度検査装置の構成を説明するためのブロック図である。本発明の実施の形態に係る巻取品に関する横軸真円度許容値（ＸＡｍａｘ，ＸＡｍｉｎ）および巻取半径真円度許容値（ＹＡ）の関係を表した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態．
［ツードラムワインダの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るツードラムワインダの構成を説明するための模式図である。
図１に示すツードラムワインダ１は、２つのワインダドラム２ａ、２ｂを備えている。２つのワインダドラム２ａ、２ｂは隙間を空けて並列に配置されている。ワインダドラム２ａ、２ｂには、図示省略する駆動装置が取付けられている。駆動装置は両ドラムを同一の周方向に回転させる。ワインダドラム２ａ、２ｂ上には、周方向に回転可能な巻取軸３が両ドラムと並列に載せられている。

また、ツードラムワインダ１は、図示省略する制御装置を備えている。制御装置は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。制御装置には、上述した駆動装置が接続されている。制御装置は、駆動装置にワインダドラム２ａ、２ｂの回転開始・終了及び回転速度を制御する制御信号を出力する。

また、ツードラムワインダ１は、巻き取られる帯状シートを短手方向に切断する切断装置（図示省略）を更に備える。制御装置は、巻取軸３に巻き取られた巻取品１０の長さもしくは径が設定値に達する場合に帯状シートを切断する制御信号を出力する。

（ツードラムワインダが備える巻取品真円度検査装置）
図２は、本発明の実施の形態に係る巻取品真円度検査装置の構成を説明するためのブロック図である。

本発明におけるツードラムワインダ１は巻取品真円度検査装置を備えている。巻取品真円度検査装置は、軸心位置検出部４、上端位置検出部５、回転速度検出部６、記憶部７、入力部８、真円度検査部９を備えている。また、巻取品真円度検査装置は、図示省略するアラーム装置（例えば、警告灯や警報装置など）に接続されている。

軸心位置検出部４は、巻取軸３に巻き取られた巻取品１０の端面を眺め得る位置にセンサ類を備え、その検出データから巻取軸３の軸心位置を検出する。例えば、センサとしてカメラ等を用いて画像データを取得し、画像データを解析して巻取軸３の軸心位置を検出する。軸心位置の検出にあたり、ワインダドラム２ａの回転軸とワインダドラム２ｂの回転軸との中間点を原点とし、垂直方向を縦軸（Ｙ軸）、水平方向を横軸（Ｘ軸）とする。なお、原点や座標軸の定め方は、軸心位置検出部４および上端位置検出部５での位置検出において共通していれば足りる。

上端位置検出部５は、巻取軸３に巻き取られた巻取品１０周面の上端位置（縦軸位置）を検出する。例えば、カメラ等を用いて画像データを取得し、画像データから巻取品１０の上端位置を検出する。なお、巻取品１０の周面の上端付近で接触する位置に部材（例えば、板状の部材）を配置し、この部材と巻取品１０との接触状態に基づいて巻取品１０周面の上端位置を検出することとしてもよい。

回転速度検出部６は、巻取軸３の近傍にセンサ類を備え、巻取軸３（または巻取品１０）の回転速度を検出する。

記憶部７、入力部８、真円度検査部９は、上述した制御装置と同一又は別個の演算処理装置により実現されている。

記憶部７は、製品情報毎に、巻取軸３の軸心位置に関する横軸真円度許容値（＝軸心偏差許容値）と、巻取品１０の半径に関する巻取半径真円度許容値（＝径偏差許容値）と、巻取品１０の真円度検査を開始する条件である設定速度を予め記憶している。

入力部８は、オペレータがツードラムワインダ１で巻き取る製品情報を設定する装置である。

真円度検査部９は、上述した軸心位置検出部４、上端位置検出部５、回転速度検出部６、記憶部７、入力部８、アラーム装置に接続されている。真円度検査部９は、各部への指示、および各部から得られたデータに基づいて巻取品１０の真円度を検査する。

［巻取品の真円度検査］
次に動作について説明する。本発明における帯状シートは、紙（新聞印刷用の紙、一般紙）、フィルム、金属箔などを含む。本実施形態では、帯状シートの具体例を紙として説明する。抄紙工程において、抄紙機により帯状シートが製造され、帯状シートは抄紙工程の出口に配置されたツードラムワインダ１により巻取軸３に巻き取られる。

上述したツードラムワインダ１の制御装置は、２本のワインダドラム２ａ、２ｂを回転させて帯状シートを巻取軸３（紙管）に巻き取り、直径数ｍ（例えば、１ｍ〜１．５ｍ）程度の巻取品１０を製造する。なお、制御装置は、帯状シートにかかる張力が閾値を超えないようにワインダドラム２ａ、２ｂの回転を制御する。具体的には、巻取品１０の径が小さい巻き取り始めは徐々に加速し、その後高速で一定とし、径が大きい巻き取り終盤は徐々に減速するように、巻取軸３（巻取品１０）の回転速度をワインダドラム２ａ、２ｂにより制御する。

軸心位置検出部４は、真円度検査部９からの指示のもと、巻取軸３の軸心の縦軸位置と横軸位置を、サンプリング周期Δｔで検出する。上端位置検出部５は、真円度検査部９からの指示のもと、巻取品１０周面の上端位置（縦軸位置）を、サンプリング周期Δｔで検出する。

サンプリング周期Δｔは、一例として巻取軸３（巻取品１０）１回転で３６０回検出する場合（角度１度ずつ検出する場合）、巻取軸の回転速度が３６秒／回転ならば、
Δｔ＝３６（秒／回転）÷３６０（回／回転）＝０．１（秒／回）
となる。

検出にあたり、事前に巻取品の製品毎に、上述した横軸真円度許容値と巻取半径真円度許容値と設定速度を記憶部７に記憶しておく。横軸真円度許容値は、各サンプリング位置において検出される巻取軸３の軸心位置について、横軸（Ｘ軸）方向に許容する振れ幅を示す値である。巻取半径真円度許容値は、各サンプリング位置において検出される巻取品１０の半径に許容する誤差を示す値である。登録例を以下に示す。
巻取品１０である製品Ａに関し、
横軸真円度許容値（最大値）＝ＸＡｍａｘ
横軸真円度許容値（最小値）＝ＸＡｍｉｘ
巻取半径真円度許容値＝ＹＡ
図３は、巻取品１０（製品Ａ）における横軸真円度許容値（ＸＡｍａｘ，ＸＡｍｉｎ）および巻取半径真円度許容値（ＹＡ）の関係を表した模式図である。

入力部８で製品Ａを検出対象に設定する。真円度検査部９は記憶部７から製品Ａの横軸真円度許容値と巻取半径真円度許容値と設定速度を取得する。

ワインダドラム２ａ、２ｂが回転し、巻取軸３による帯状シートの巻き取りが始まると、回転速度検出部６は巻取軸３の回転速度を検出し、真円度検査部９に検出結果を出力する。巻取軸３の回転速度は、巻き取り始めから徐々に上がり、巻き取り終盤で徐々に下がっていく。

この巻き取り終盤において巻取軸３の回転速度が設定速度以下まで低下した場合に、真円度検査部９は、巻取品１０の真円度検査を開始する。すなわち、巻取品１０の真円度検査は、巻き取りのための回転が停止する前に実行される。

まず、真円度検査部９は、巻き取り終盤において、回転速度検出部６から入力される巻取軸３の回転速度が設定速度以下まで低下したかを判定する。判定条件が成立するまで判定を継続し、判定条件が成立した場合には、真円度検査部９は、軸心位置検出部４および上端位置検出部５に対してサンプリング周期Δｔでの検出指令を出力する。

ここで、巻き取り終盤とは、具体的には、巻取品の長さもしくは径が設定値に達して上述の切断装置により帯状シートが切断されてから巻取軸３の回転が停止するまでの期間、または、帯状シートが切断される直前の期間である。なお、帯状シートが切断された後、巻取軸３は急停止することなく、徐々に回転が低下しながら安全に停止する。

また、設定速度とは、軸心位置検出部４および上端位置検出部５が、巻取軸３が１回転する間に、数回〜数百回のサンプリングを実現可能な回転速度に予め設定される。これはセンサ能力や演算処理能力に応じて適宜設計される値である。

軸心位置検出部４は、サンプリング周期Δｔで、ある時刻ｔにおける巻取軸３の軸心の縦軸位置（＝ＹＡＣ（ｔ））と横軸位置（＝ＸＡＣ（ｔ））を検出し、検出結果を真円度検査部９に出力する。

上端位置検出部５は、サンプリング周期Δｔで、ある時刻ｔにおける巻取品１０の上端部の縦軸位置（＝ＹＡＵ（ｔ））を検出し、検出結果を真円度検査部９に出力する。

真円度検査部９は、受け取った時刻ｔにおける巻取軸３の軸心の縦軸位置（＝ＹＡＣ（ｔ））と、時刻ｔにおける巻取品１０の上端部の縦軸位置（＝ＹＡＵ（ｔ））より、時刻ｔにおける巻取品１０の半径（＝ＹＡ（ｔ））を算出する。次式は算出式である。
ＹＡ（ｔ）＝ＹＡＵ（ｔ）−ＹＡＣ（ｔ）

真円度検査部９は、ある一定時間、好ましくは巻取品１０が１回転以上する時間、巻取軸３の軸心の横軸位置（＝ＸＡＣ（ｔ））と、巻取品１０の巻取半径（ＹＡ（ｔ））を収集し、その最大値と最小値を取得する。取得結果の例を以下に示す。
巻取軸の軸心の横軸位置（最大値）＝ＸＡＣ（ｔ１）
巻取軸の軸心の横軸位置（最小値）＝ＸＡＣ（ｔ２）
巻取品の巻取半径（最大値）＝ＹＡ（ｔ３）
巻取品の巻取半径（最小値）＝ＹＡ（ｔ４）

真円度検査部９は、上記取得した最大値と最小値をもとに、下記比較を行う。
ＸＡＣ（ｔ１） ≦ ＸＡｍａｘ
ＸＡｍｉｎ ≦ ＸＡＣ（ｔ２）
ＹＡ（ｔ３）−ＹＡ（ｔ４）≦ＹＡ

真円度検査部９は、上記判定条件すべてを満たす場合、巻取品１０の真円度に異常はないと判断する。一方、上記判定条件のうち１つでも満たさない場合には、真円度に異常があると判断し、真円度検査部９は、アラーム装置に異常信号を出力する。

以上説明したように、本実施形態の巻取品真円度検査装置によれば、ツードラムワインダ１による巻き取りのための回転が停止する前に、製造される巻取品１０の真円度を検査することができる。そのため、真円度に異常がある場合にはこの工程で該当製品を排除できる。そのため、後工程において負担をかけず、操業効率の悪化を抑制することが可能となる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態においては、巻取品１０周面上の上端位置（縦軸位置）を上端位置検出部５により検出することとしているが、検出位置はこれに限定されるものではない。例えば、巻取品１０周面上の特定の位置を検出位置としてもよい。

また、上述した実施の形態においては、巻取軸３の軸心位置の変動に関して、軸心位置のＸ座標を検出して横軸真円度許容値と比較することとしているが、これに限定されるものではない。軸心位置の変動に関して軸心位置のＹ座標を検出して比較することとしても良いし、軸心位置のＸ、Ｙ座標を検出して比較することとしても良い。

１ツードラムワインダ、２ａワインダドラム、２ｂワインダドラム、３巻取軸、４軸心位置検出部、５上端位置検出部、６回転速度検出部、７記憶部、８入力部、９真円度検査部、１０巻取品、ＸＡｍａｘ横軸真円度許容値（最大値）、ＸＡｍｉｎ横軸真円度許容値（最小値）、ＹＡ巻取半径真円度許容値

Claims

並列に配置された２本のワインダドラム上に巻取軸を配置し、２本のワインダドラムを回転させて帯状シートを巻取軸に巻き取るツードラムワインダであって、
前記巻取軸の軸心位置を検出する軸心位置検出手段と、
前記巻取軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記巻取軸に巻き取られた巻取品の長さもしくは径が設定値に達する場合に、巻き取られる前記帯状シートを切断する切断手段と、
前記切断手段により前記帯状シートが切断されてから前記巻取軸の回転が停止するまでの期間、または、前記帯状シートが切断される直前の期間において、前記巻取軸の回転速度が設定速度以下まで低下した場合に、前記巻取軸の軸心位置を複数検出し、該複数検出された軸心位置の偏差が軸心偏差許容値よりも大きい場合に異常信号を出力する第１異常検出手段と、
を備えることを特徴とするツードラムワインダ。
前記設定速度は、前記巻取軸が１回転する間に、前記軸心位置検出手段が前記巻取軸の軸心位置を複数回検出可能な回転速度であること、
を特徴とする請求項１記載のツードラムワインダ。
前記巻取軸に巻き取られた巻取品の径を算出する径算出手段と、
前記切断手段により前記帯状シートが切断されてから前記巻取軸の回転が停止するまでの期間、または、前記帯状シートが切断される直前の期間において、前記巻取軸の回転速度が設定速度以下まで低下した場合に、前記巻取品の径を複数検出し、該複数検出された径の偏差が径偏差許容値よりも大きい場合に異常信号を出力する第２異常検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のツードラムワインダ。