JP6591439B2 - スプールにワイヤーを正しく巻き取る方法および装置 - Google Patents

Description

本願発明は、スプールにワイヤーを正しく巻き取るための方法に関する。

ちなみに、ここで定義される“ワイヤー”は、絶縁または非絶縁金属ワイヤー、絶縁または非絶縁ストランド、ストリング、フィラメント、ガラス繊維等であってよい。

周知のように、スプール巻において発生する山と谷は、スプールのコアの表面の異常、巻かれたレイヤーの進行する重なり、ワイヤーの経路の問題によるスプール巻ストレッチの緩み等によって生じる。

山および谷の形成はまた、フランジ自身の間違った位置によるスプールフランジの領域でも生じうる。それは、例えば、スプールのタイプを考慮して、スプールが、予め設定されたものと異なる実際のスプール巻動作幅を有する場合などである。

山および谷の形成はまた、フランジの幾何学的形状の異常によって、（例えば、変形したフランジが存在する場合など）、または、ワイヤーの直径またはそれと外接する円のサイズと比較して大きなフランジとスプールコアとの間の接合によっても促進される。また、フランジはワイヤー束によって与えられるスラストによるスプールの進行する充填中にも変形する。

山および谷の形成の他の原因は、例えば、ワイヤー供給デバイスの移動方向の逆転によるワイヤーの緩みおよび／または移動遅延、または、サイズによるワイヤー供給能力の異常である。例えば、非常に大きい直径のワイヤーは、制御しにくい慣性を有する傾向がある。

また、スプール巻き取り動作中に、断面積とは別に考慮すべき恒常的な事実が存在する。すなわち、ワイヤーを供給するワイヤー供給デバイスの移動に対して、ワイヤーは常に遅くなければならないという事実である。この現象は、ワイヤー供給デバイスとスプールとの間の距離が増加するに従い、および、ワイヤーの断面積が増加するに従い、より明確となる。

標準的な応用において、ワイヤー供給アセンブリが機械的にスプールの回転に結合されているとき、および、ワイヤー供給アセンブリが個別に制御されているときの両方において、ワイヤー供給デバイスの線形供給速度は、ワイヤー巻の単一レイヤー内で一定に維持される。そうすることにより、最終的に、異なるレイヤーに対するワイヤー巻き取ステップに対して変化は生じない。また、スプールの充填が進行している間に、スプールに巻き取られるワイヤーハンクの直径が増加するに従い、一定の巻ステップを有するように、ワイヤー供給デバイスの線形速度は減少する。

例えば、ＵＳ−Ｂ２−７ ３７０ ８２３（ＮＩＥＨＯＦＦ）は、ワイヤーの速度、ワイヤー供給デバイス上に配置されたひとつ以上のセンサー手段によって計算または検出されるワイヤー巻直径の値、および、スプールの位置および角速度（位置または速度検出器による）の補正によって、山および谷の形成を避けることができるシステムを開示する。

フランジの領域において、ひとつ以上のセンサーを使用することにより、オペレータはその位置を検出することができる。また、ワイヤーの速度、ワイヤー巻直径、および、スプールの角度位置を補正することによって、山および／または谷の存在を画定し、ワイヤー供給デバイスの動作が逆転する瞬間において作用させることができ、その結果、（逆転のモーメントを遅らせるか、すべての動きを停止させることにより）谷を充填するか、または、（逆転の瞬間の前に）ワイヤーが堆積しないようにする。

したがって、本願発明の目的は、スプールへのワイヤーの正しい巻き取りを実行するための方法を与える。当該方法は、上述した欠点を排除するように設計されており、かつ、同時に、ストレートフォワードおよび低コストで製造可能である。

本願発明に従う方法は、特に、いわゆる“ノン・ターン・ツー・ターン”ワイヤー巻に対して、スプール巻面上の山または谷が存在する際、および、スプールフランジの領域内でスプール巻の欠陥を検出する必要がある場合に、より高い品質のワイヤー巻を得るべく採用されたものである。

周知のように、ワイヤーの側面が互いに接触するようにしてワイヤーが巻かれる場合に、ターン・ツー・ターン処理がある。この場合、ワイヤー巻ステップは、ワイヤー直径と等しい。よりよい巻き戻しを与えるために、製造者は、ワイヤー巻ステップを増加させようとする（直径の約１．３から１．６倍）。その結果、１つのレイヤーと他のレイヤーとの間で交差部が作成される。

本願発明に従う方法は、異なるシステムで実行される。それは、好適には、必須ではない同期電気モータを使用し、特に、一体型ドライブを有するブラシレスモータ（または、サイズに基づく分散型ドライブ）および、スペースコントロール、および、プルコントロールダンサーおよび適当なセンサーを使用する。

したがって、システムは、使用するモータのタイプ、スプールの存在をチェックするひとつ以上のセンサーのインストール、ダンサーの位置のコントロール、進入ワイヤーの線形速度、計算されたワイヤー巻直径（サーボダイアメーターともよぶ）および適当なセンサーにより検出されたダンサーの位置の補正、の効果の組みあわせを使用する。

周知のように、サーボダイアメーターは、ワイヤーがスプールに巻き取られるプロセス中に計算されたハンクの直径である。

スプールがマシン内に搬入されるとき、オペレータは、それを搬入デバイス上に置き、マシン内への搬入を制御する（スプールは、手動または機械的に制御されて、２つの中心間でロック可能な高さまで持ち上げられる）。この操作の最後に、搬入システムが下方に移動可能となる前に、安全性の理由から、マシンはスプール存在検出器を使ってフランジの位置を検出することによって、当該スプールが中央部間で正しくロックされているかどうかをチェックする。検出されたパラメータは、マシン内に設定されたデータと比較される。オペレータは、マシン内に搬入されたスプールが製品レシピに設定されたタイプに対応するか否かをチェックする。

この操作の最後に、すべてのチェックが肯定的であれば、搬送デバイスは下方への移動を許可される。

オペレータは、スプール上にワイヤーを固定することができる。巻き取りマシンは、スプール動作を開始する準備に入る。

ワイヤー巻き取り動作は、ゼロ速度から予め設定した製造速度まで、マシンの増加する加速度で開始する。

ワイヤー巻き取りステップ中に、一般的レイヤーにおいて、設定されたワイヤー巻き取りストレッチ（ワイヤーの種類によって決定される）を維持するべく、ワイヤー巻き取り速度はサーボダイアメーターによってワイヤーの線形速度を補正することにより計算される（計算されたワイヤー巻き取り直径）。設定されたワイヤー巻き取りストレッチは、適当なセンサーによって検出されたダンサーの位置を、所定のパラメータと比較することにより制御される。

線形ワイヤー巻き取り速度は、巻き取られるワイヤーの線形速度、および、巻き取りスプールの角速度を測定すること（こうして得られる測定値は、測定擾乱による間違った計算を避けるために、適切にフィルタリングされなければならない。）、または、巻き取りの開始時点でのスプールの直径を使用すること、および、ダンサーの使用によってハンクの外径の値を続いて補正すること、の異なる方法で計算可能である。

ダンサー位置センサーが、バネの範囲内（ｍｍ）で回転するレバーの回転に対応する類似信号を与えることは指摘されるべきである。

ワイヤーに対応して設定されたパラメータは、Ｎ／ｍｍ^２で表される。比較は、ソフトウエアレベルで実行され、したがって、バネの長さを、ワイヤーの断面積に関連する力に直して（周知の方程式であるＦ＝ｋ＊ｘを使って）、ワイヤー巻き取りストレッチを与える。周知のように、ダンサーは、線形ユニット上に搭載されてよく、この場合、レバーは、並行移動変位を実行する。

バネの代わりに、要求されたワイヤー巻き取りストレッチを有するよう、ダンサー位置センサーは、他のデバイス、例えば、所与の断面積を有しかつ適当なシステムによって圧力調節された空気が供給される空気圧縮シリンダを有する。

ワイヤー巻き取り中に、ワイヤー供給デバイスの変位速度は、ワイヤーの線形速度、サーボダイアメーターおよび製造タイプによって定義されるワイヤー巻き取りステップを補正することにより決定される。

したがって、山または谷の存在下において、サーボダイアメーターに比べてワイヤー巻き取り直径の瞬間的な変化により、ダンサーが移動し、その結果、位置信号の変化が生成され、それは、山および谷の存在として解釈される。それによって、ワイヤー供給デバイスの変位速度の変化が生じる。

レイヤーの進行する充填中に、交差する方向に移動可能なワイヤー供給デバイスはスプールのフランジに近づくように移動し、スプールの正しい挿入を制御するべく実行されるチェック中に記憶された位置と対応する高さは、理論的な逆転位置と理解される。

ワイヤー供給デバイスが理論値に近づくように移動するとき、山または谷（および、その結果、サーボダイアメーターと比較してワイヤー巻き取り直径の瞬間的な変化）が存在すればダンサーは移動し、その結果、位置信号の変化が生成され、それが山または谷の存在として解釈される。結果、理論的瞬間に比べ逆コマンドにおいて先行または遅延が生じる。この補正操作を実行する条件は、機械の技術的パラメータで定義され、かつ、スプールのタイプに相関する。

山または谷の正しい除去を得るべく、適当な制御戦略が、ダンサーの位置の変化を正しく解釈するように開発された。

ワイヤー巻き取りステップ中に、ワイヤー供給デバイスのモバイルユニットは、事故的理由で停止可能である。

この場合、ワイヤーは、同じスポットで巻かれ、したがって、丸くなり（いわゆるラフが作成される）、したがって、廃棄アイテムが生成されるのを避け、かつ、丸くなった後にワイヤーの破壊によって生じる事故的なダメージからマシンを保護するべく、ダンサーは、その角度位置を変更し、ダンサーの位置と、ワイヤー供給デバイスの変位速度との間の相関により、マシンは停止することできる。

本願発明に従い、独立項の請求項１に記載の方法、好適には、独立項に従属する従属項に記載の方法が与えられる。

方法に関する本願発明は、図面を参照して説明される以下の詳細な説明によって最もよく理解することが可能である。

図１は、センサーが取り付けられ、本願発明に従う方法を制御するように設計された、スプールにワイヤーを巻き取るためのマシンの略示図である。

図面において、符号１０は、スプール１００にワイヤーを巻き取るためのマシンを示し、本願発明の方法は当該マシン上で実行される。

マシン１０は、連続して配置された以下のデバイスを有する。当該デバイスは、
（ａ）スプール１００の周りに巻き取られるようにワイヤー（図示せず）を送るためのフィーディングデバイス２０であって、当該フィーディングデバイス２０は、周知のように、ベルト２５によって互いに結合された一対のホイール２３、２４によって、同期電気モータ２２（例えば、ブラシレスモータ）により回転させられる引き抜き型２１を有し、同期電気モータ２２は相対エンコーダ２６と関連しかつ電子ボード２７によって制御される、フィーディングデバイス２０と、
（ｂ）カム３１を有するダンサー３０であって、ワイヤー伝送プーリー３４がシャフト３２上に載置されたレバー３３上で回転可能に枢動するようにシャフト上に載置され、センサー３５はカム３１の面と接触せず、センサー３５はカム３１の面から読み取りヘッドまでの距離に応じた類似信号を与え、その結果、センサー３５によって生成された信号の変化が、カム３１の面の距離の変化を表す、ところのダンサー３０と、
（ｃ）軸線（Ｘ１）に沿って、かつ、矢印（Ｆ１）および（Ｆ２）によって画定される２つの方向の一方に従う複数のワイヤー供給デバイスの変位を制御するウォームネジ４１を有するワイヤー供給デバイス４０であって、ウォームネジ４１は、ベルト４６によって互いに結合された一対のホイール４４、４５によって、同期電気モータ４３（例えば、ブラシレスモータ）によって回転させられ、同期電気モータ４３は相対エンコーダ４７と関連し、電子ボード４８によって制御される、ところのワイヤー供給デバイス４０と、
（ｄ）ワイヤーハンク（図示せず）を形成するべくその上にワイヤー（図示せず）が巻かれるスプール１００を有するスプールアセンブリ５０であって、スプールアセンブリ５０は、同期電気モータ５１を有し、ベルト５４によって互いに結合された一対のホイール５２、５３によって、スプール１００が（軸線（Ｘ２）の周りで、かつ、矢印（Ｒ）の方向に）回転させられ、同期電気モータ５１は、相対エンコーダ５５と関連し、かつ、電子ボード５６によって制御される、ところのスプールアセンブリと、
（ｅ）スプール１００の位置を読みとり、かつ、ワイヤー巻き取りフランジの整合性を確認するように設計されたセンサー６０であって、特に、好ましくは、必須ではないが、センサー６０はワイヤー供給デバイス４０上に載置されない、ところのセンサーと、
を有する。

エンコーダ２６、４７、５５にそれぞれ結合された電子ボード２７、４８、５６は、電力制御機能（直流電流を交流電流に変えるために使用される）およびそれぞれのエンコーダ２６、４７、５５からまたはそれへ、受信または送信されるデータに関するソフトウエア制御機能の両方を実行する。

本願発明の好適な態様において、ＤＣバスアーキテクチャーが使用される。

しかし、構成が複雑となるため、ＤＣモータを有するブース、および、ＡＣモータおよびＡＣ／ＡＣコンバータを有するＡＣ／ＤＣコンバータのアンスによって、同じ動作を得てもよい。

電子ボード２７、４８、５６、類似センサー３５およびスプール制御センサー６０は、電子制御ユニット（ＣＣ）へ電子的に接続され、それは、マシン１０内で一体化されてもされなくてもよく、マシン１０のコンポーネントを制御するのに使用されるすべての機能を管理する。

本願発明に従う方法は、
（ｆ１）電子制御ユニットの動作パネル上で、（専用の数式によって、または、手動で入力されたデータによって）スプールの主な幾何学的データを設定する工程と、
（ｆ２）スプールをマシンに搬入する工程と、
（ｆ３）センサーによってスプールフランジの位置を取得する工程と、
（ｆ４）スプールの搬入が成功したか否かおよびスプールが予定どおりのものであるか否かをチェックするために、実際のスプール位置を計算し、かつ、それを電子制御ユニット内で予め設定されたスプールデータと比較する工程と、
（ｆ５）チェックが肯定的であれば続行し、そうでなければ停止してアラーム信号によって問題を報告する工程と、
（ｆ６）オペレータが、スプールにワイヤーを手動で取り付ける工程であって、特定のコマンドをアクティブ化することによって製造を開始する、工程と、
（ｆ７）ダンサーの位置を検出し、その測定値を、ダンサーのジオメトリおよび構造に基づいて、ワイヤーテンション値に変換する工程と、
（ｆ８）スプールデータ、製造データおよびダンサー位置に従い、サーボダイアメーターを計算する工程と、
（ｆ９）一定の巻き取りテンションを維持するために、サーボダイアメーターに従い、スプールモーターの速度を計算する工程と、
を有する。

当該方法は、さらに、谷エラーの存在または山エラーの存在の可能性を決定するために、ワイヤー巻き取りステップに従い、かつ、ゼロ位置およびトレランス値に関する類似信号を与える位置センサーによって検出されるダンサーエラーに従い、ワイヤー供給デバイスを移動するモータの角速度を計算するステップをさらに有する。この方法において、スプールの巻き取り中、谷エラーまたは山エラーが検出されれば、谷を充填しまたは山をスキップするように、制御デバイスはワイヤー供給デバイスの速度を遅くするかまたは増加させることを決定する。

本願発明に従う方法の主な利点は、その信頼性にある。また、本願発明に従う方法を実行するために、より少数のセンサーが設けられた巻き取りマシンを有すれば十分である。さらに、本願発明に従う態様により、巻き取りマシンのオペレータが、ワイヤー供給デバイスの逆転パラメータを連続的／または周期的に補正しなくてもよい。よって、オペレータがひとつのマシンについて作業に費やさなければならない時間を節約することができる。こうして、各自のオペレータが管理する巻き取りマシンの数を増加させることができる。

米国特許第７，３７０，８２３号公報

Claims (7)

1. スプールにワイヤーを正しく巻き取るための方法であって、当該方法は、
   （ｆ１）電子的制御ユニットの操作パネル上で、前記スプールの主要な幾何学的なデータを専用の数式、または、手動入力データによって設定する工程と、
   （ｆ２）マシンにスプールを搬入する工程と、
   （ｆ３）センサーによって、前記スプールのフランジの位置を取得する工程と、
   （ｆ４）前記スプールの搬入が成功したか否か、および、前記スプールが予定したものと整合するか否かをチェックするために、実際の前記スプールの位置を計算し、かつ、前記電子的制御ユニット内に予め設定されたスプールデータセットと比較する工程と、
   （ｆ５）前記比較する工程の結果が肯定的である場合には継続し、そうでない場合には停止して、アラーム信号によって問題を報告する工程と、
   （ｆ６）前記スプールに前記ワイヤーを手動で取り付ける工程であって、オペレータは特定のコマンドをアクティブ化することにより製造を開始する、工程と、
   （ｆ７）ダンサーのレバーの一端付近に固定されたシャフトに固定されたカムが、前記シャフトの周りの前記レバーの回転に伴って回転し、その結果生じた前記カムの半径をダンサーの位置として検出し、かつ、検出された前記ダンサーの位置の値を、前記ダンサーのジオメトリおよび構造に基づくワイヤーテンション値に変換する工程と、
   （ｆ８）前記スプールデータ、製品データおよび前記ダンサーの位置にしたがって、サーボダイアメーターを計算する工程と、
   （ｆ９）一定の巻き取りテンションを維持するべく、前記サーボダイアメーターにしたがって、スプールモーターの速度を計算する工程と、
   （ｆ１０）前記スプールに前記ワイヤーを供給するワイヤー供給デバイスのウォームネジの軸線方向に沿ったプーリーの変位速度を制御する工程と、
   （ｆ１１）前記スプールに巻き取られる前記ワイヤーの実際のワイヤー巻き取り直径が瞬間的に変化したとき、前記カムの半径の変化を検出し、エラー信号を生成する工程と、
   （ｆ１２）前記エラー信号に応答して、前記ワイヤー供給デバイスの前記プーリーの前記変位速度を調整する工程と
   を備える方法。
2. 前記スプールの搬入中に前記センサーによって検出された前記スプールのフランジの位置に従って、かつ、検出された前記ダンサーのエラー信号に従って、前記ワイヤー供給デバイスの逆転量を計算する工程をさらに備え
   前記ダンサーのエラー信号は、谷エラーまたは山エラーの存在を判定し、それに基づいて前記逆転量を増加または減少させるのに使用される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記スプールに巻き取られた前記ワイヤーの長さを計算する工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記マシンおよび／または製造ラインを制御するための遠隔ユニットへのケーブルデータ送信またはワイヤレス送信を実行する工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記カムの半径の変化は、前記ダンサーに設けられた位置センサーの読み取りヘッドと前記カムの表面との間の距離の変化として検出される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置であって、
   （ａ）スプールの周りに巻き取られるようにワイヤーを送るためのフィーディングデバイスと、
   （ｂ）ダンサーであって、
   （ｉ）レバーと、
   （ｉｉ）前記レバーの一端付近に前記レバーに対して垂直方向に固定されたシャフトであって、前記レバーが前記シャフトの周りに回転可能であるところのシャフトと、
   （ｉｉｉ）前記レバーの他端付近に枢動可能に取り付けられたプーリーと、
   （ｉｖ）前記シャフトに固定されたカムと、
   （ｖ）前記カムの半径を検知するように構成された位置センサーと
   を有するダンサーと、
   （ｃ）ワイヤー供給デバイスのプーリーの変位を、その軸線方向に沿って制御するウォームネジを有するワイヤー供給デバイスと、
   （ｄ）ワイヤーハンクを形成するべくその上にワイヤーが巻かれるスプールを有するスプールアセンブリと、
   （ｅ）前記スプールの位置を読みとり、かつ、ワイヤー巻き取りフランジの整合性を確認するように構成されたセンサーと、
   （ｆ）前記フィーディングデバイス、前記ダンサー、前記ワイヤー供給デバイス、前記スプールアセンブリ、および前記センサーに接続された制御ユニットと
   を備え、
   前記スプールに巻き取られる前記ワイヤーの実際のワイヤー巻き取り直径が瞬間的に変化したとき、前記レバーが前記シャフトの周りに回転し、その結果、前記カムが回転し、
   前記位置センサーが、前記カムの回転に伴って生じた前記カムの半径の変化を検知してエラー信号を生成し、
   前記制御ユニットが、前記エラー信号に応答して、前記ワイヤー供給デバイスの前記プーリーの変位速度を調整する、ことを特徴とする装置。
7. 前記カムの半径の変化は、前記位置センサーの読み取りヘッドと前記カムの表面との間の距離の変化として検出される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。

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